مساحة متصلة

الفضاءات الفرعية المتصلة والمنفصلة لـ R ²
من الأعلى إلى الأسفل: الفضاء الأحمر A ، والفضاء الوردي B ، والفضاء الأصفر C ، والفضاء البرتقالي D جميعها فضاءات متصلة ، بينما الفضاء الأخضر E (المكون من المجموعات الفرعية E1 ، وE2 ، و E3 ، وE4 ) فضاء غير متصل . علاوة على ذلك، فإن A و B متصلان اتصالاً بسيطاً ( الجنس 0)، بينما C و D غير متصلين: C من الجنس 1 و D من الجنس 4.

في علم الطوبولوجيا والفروع ذات الصلة بالرياضيات ، يُعرَّف الفضاء المتصل بأنه فضاء طوبولوجي لا يمكن تمثيله كاتحاد مجموعتين أو أكثر من المجموعات الفرعية المفتوحة غير الفارغة المنفصلة . وتُعدّ خاصية الاتصال إحدى الخصائص الطوبولوجية الرئيسية التي تميز الفضاءات الطوبولوجية.

مجموعة جزئية من فضاء طوبولوجيX{\displaystyle X}هومجموعة متصلة إذا كانت فضاءً متصلاً عند النظر إليهاكفضاء جزئيمنX{\displaystyle X}.

ومن الشروط ذات الصلة ولكن الأقوى: الاتصال المساري ، والاتصال البسيط ، ون{\displaystyle n}-متصلة . وهناك مفهوم آخر ذو صلة وهو متصل محليًا ، وهو مفهوم لا يستلزم الاتصال ولا يتبعه.

تعريف

فضاء طوبولوجيX{\displaystyle X}يقال إنهتكون المجموعة منفصلة إذا كانت اتحاد مجموعتين مفتوحتين غير فارغتين منفصلتين. وإلا،X{\displaystyle X}يُقال إن مجموعة جزئية من فضاء طوبولوجي متصلة إذا كانت متصلة في ظل طوبولوجيا الفضاء الجزئي الخاص بها. يستثني بعض المؤلفين المجموعة الفارغة (بطوبوليتها الفريدة) من الفضاءات المتصلة، لكن هذه المقالة لا تتبع هذا النهج.

الفرضية للفضاء الطوبولوجيX{\displaystyle X}الشروط التالية متكافئة:

  1. X{\displaystyle X}متصلة، أي لا يمكن تقسيمها إلى مجموعتين مفتوحتين غير فارغتين منفصلتين.
  2. المجموعات الفرعية الوحيدة منX{\displaystyle X}المجموعات المفتوحة والمغلقة ( المجموعات المفتوحة والمغلقة ) هيX{\displaystyle X}والمجموعة الفارغة.
  3. المجموعات الفرعية الوحيدة منX{\displaystyle X}ذات حدود فارغةX{\displaystyle X}والمجموعة الفارغة.
  4. X{\displaystyle X}لا يمكن كتابتها كاتحاد لمجموعتين منفصلتين غير فارغتين (مجموعات تكون كل منها منفصلة عن إغلاق الأخرى).
  5. جميع الدوال المتصلة منX{\displaystyle X}ل{0،1}{\displaystyle \{0,1\}}ثابتة، حيث{0،1}{\displaystyle \{0,1\}}هو فضاء النقطتين المزود بالطوبولوجيا المنفصلة .
  6. جميع الدوال المتصلة ذات القيم المنفصلة على X ثابتة. [ 1 ]

تاريخياً، هذه الصياغة الحديثة لمفهوم الترابط (من حيث عدم وجود تقسيم لـX{\displaystyle X}ظهرت هذه الدراسة (في مجموعتين منفصلتين) لأول مرة (بشكل مستقل) مع كل من إن جيه لينس، وفريجيس ريسز ، وفيليكس هاوسدورف في بداية القرن العشرين. انظر ( وايلدر 1978 ) لمزيد من التفاصيل.

يُعرّف الترابط علاقة التكافؤ بالمعنى التالي: بالنظر إلى نقطتينx،y{\displaystyle x,y}في فضاء طوبولوجيX{\displaystyle X}نكتبxy{\displaystyle x\sim y}لوx،y{\displaystyle x,y}ينتميان إلى نفس المجموعة الفرعية المتصلة. ثم هذا{\displaystyle \sim }[ 2 ] هي علاقة تكافؤ.

المكونات المتصلة

انطلاقاً من نقطة معينةx{\displaystyle x}في فضاء طوبولوجيX،{\displaystyle X,}اتحاد أي مجموعة من المجموعات الفرعية المتصلة بحيث تحتوي كل منها علىx{\displaystyle x}ستكون مرة أخرى مجموعة فرعية متصلة. المكون المتصل لنقطةx{\displaystyle x}فيX{\displaystyle X}هو اتحاد جميع المجموعات الفرعية المتصلة منX{\displaystyle X}التي تحتويx؛{\displaystyle x;}إنها الأكبر والفريدة من نوعها (بالنسبة إلى{\displaystyle \subseteq }) مجموعة فرعية متصلة منX{\displaystyle X}الذي يحتويx.{\displaystyle x.} المجموعات الفرعية المتصلة القصوى (مرتبة حسب الاحتواء ){\displaystyle \subseteq }تُسمى مكونات الفضاء الطوبولوجي غير الفارغ بالمكونات المتصلة للفضاء.X{\displaystyle X}تشكل تجزئة لـ X{\displaystyle X}هي منفصلة ، ​​وغير فارغة، واتحادها هو الفضاء بأكمله. في الواقع، المكون المتصل هو نفسه فئة التكافؤ عندما تكون نقطتان متكافئتين إذا كانتا تنتميان إلى نفس المجموعة الفرعية المتصلة (انظر §  التعريف الرسمي ). [ 3 ]

كل مكون هو مجموعة جزئية مغلقة من الفضاء الأصلي. ويترتب على ذلك أنه في حالة كون عددها محدودًا، فإن كل مكون هو أيضًا مجموعة جزئية مفتوحة. ومع ذلك، إذا كان عددها غير محدود، فقد لا يكون هذا هو الحال؛ على سبيل المثال، المكونات المتصلة لمجموعة الأعداد النسبية هي مجموعات النقطة الواحدة ( المجموعات المفردة )، وهي ليست مفتوحة. البرهان: أي عددين نسبيين مختلفينq1<q2{\displaystyle q_{1}<q_{2}}تتكون من مكونات مختلفة. خذ عددًا غير نسبيq1<ر<q2،{\displaystyle q_{1}<r<q_{2},}ثم اضبطأ={qسؤال:q<ر}{\displaystyle A=\{q\in \mathbb {Q} :q<r\}}وب={qسؤال:q>ر}.{\displaystyle B=\{q\in \mathbb {Q} :q>r\}.}ثم(أ،ب){\displaystyle (A,B)}هو فصل لـسؤال،{\displaystyle \mathbb {Q} ,}وq1أ،q2ب{\displaystyle q_{1}\in A,q_{2}\in B}وبالتالي، فإن كل مكون عبارة عن مجموعة من نقطة واحدة.

يتركΓx{\displaystyle \Gamma _{x}}كن المكون المتصل بـx{\displaystyle x}في فضاء طوبولوجيX،{\displaystyle X,}وΓx{\displaystyle \Gamma _{x}'}ليكن تقاطع جميع المجموعات المفتوحة والمغلقة التي تحتويx{\displaystyle x}(يُطلق عليه شبه مكون منx{\displaystyle x}). ثمΓxΓx{\displaystyle \Gamma _{x}\subset \Gamma '_{x}}حيث تتحقق المساواة إذاX{\displaystyle X}[ 4 ]

مساحات منفصلة

يُطلق على الفضاء الذي تكون فيه جميع المكونات عبارة عن مجموعات من نقطة واحدة اسممنفصل تمامًا . يتعلق بهذه الخاصية، مساحةX{\displaystyle X}يُطلق عليه اسممنفصلان تمامًا إذا كان، بالنسبة لأي عنصرين متميزينx{\displaystyle x}وy{\displaystyle y}لX{\displaystyle X}توجد مجموعات مفتوحة منفصلةيو{\displaystyle U}يحتوي علىx{\displaystyle x}وV{\displaystyle V}يحتوي علىy{\displaystyle y}بحيثX{\displaystyle X}هو اتحاديو{\displaystyle U}وV{\displaystyle V}من الواضح أن أي فضاء منفصل تمامًا يكون منفصلًا تمامًا، لكن العكس ليس صحيحًا. على سبيل المثال، خذ نسختين من الأعداد النسبيةسؤال{\displaystyle \mathbb {Q} }ونحددها عند كل نقطة باستثناء الصفر. الفضاء الناتج، ذو طوبولوجيا القسمة ، منفصل تمامًا. مع ذلك، بالنظر إلى نسختي الصفر، نرى أن الفضاء ليس منفصلًا تمامًا. في الواقع، هو ليس فضاء هاوسدورف ، وشرط الانفصال التام أقوى من شرط كون الفضاء هاوسدورف.

أمثلة

  • الفترة المغلقة[0،2){\displaystyle [0,2)}في طوبولوجيا الفضاء الجزئي القياسية ، تكون متصلة؛ على الرغم من أنه يمكن كتابتها، على سبيل المثال، كاتحاد لـ[0،1){\displaystyle [0,1)}و[1،2)،{\displaystyle [1,2),}المجموعة الثانية ليست مفتوحة في الطوبولوجيا المختارة لـ[0،2).{\displaystyle [0,2).}
  • اتحاد[0،1){\displaystyle [0,1)}و(1،2]{\displaystyle (1,2]}غير متصل؛ كلا الفترتين مفتوحتان في الفضاء الطوبولوجي القياسي[0،1)(1،2].{\displaystyle [0,1)\cup (1,2].}
  • (0،1){3}{\displaystyle (0,1)\cup \{3\}}غير متصل.
  • المساحةX={أ،ب}{\displaystyle X=\{a,b\}}مع الطوبولوجيا غير المنفصلة، ​​تكون متصلة، لأن مجموعاتها المفتوحة الوحيدة هي{\displaystyle \varnothing }وX{\displaystyle X}.
  • الفضاء الفرعيY=[-1،0)(0،1]R{\displaystyle Y=[-1,0)\cup (0,1]\subset \mathbb {R} }غير متصلة. في الواقع، المجموعات[-1،0){\displaystyle [-1,0)}و(0،1]{\displaystyle (0,1]}تكون غير فارغة، ومنفصلة، ​​ومفتوحة في طوبولوجيا الفضاء الجزئي علىY{\displaystyle Y}، وتشكلان معًا فصلًا لـY{\displaystyle Y}.
  • مجموعة فرعية محدبة منRن{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}متصل؛ إنه في الواقع متصل ببساطة .
  • مستوى إقليدي باستثناء نقطة الأصل،(0،0)،{\displaystyle (0,0),}الفضاء الإقليدي ثلاثي الأبعاد بدون نقطة الأصل متصل، بل ومتصل اتصالاً بسيطاً. في المقابل، الفضاء الإقليدي أحادي البعد بدون نقطة الأصل غير متصل.
  • المستوى الإقليدي الذي تم إزالة خط مستقيم منه غير متصل لأنه يتكون من نصفين مستويين.
  • R{\displaystyle \mathbb {R} }، فضاء الأعداد الحقيقية ذو الطوبولوجيا المعتادة، متصل.
  • تم فصل خط سورجنفري . [ 5 ]
  • إذا تم إزالة نقطة واحدة فقط منR{\displaystyle \mathbb {R} }أما الباقي فيكون منفصلاً. ومع ذلك، إذا أُزيل عدد لا نهائي قابل للعد من النقاط منRن{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}، أينن2،{\displaystyle n\geq 2,}الباقي متصل. إذان3{\displaystyle n\geq 3}، ثمRن{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}يبقى متصلاً ببساطة بعد إزالة عدد لا يحصى من النقاط.
  • أي فضاء متجهي طوبولوجي ، مثل أي فضاء هيلبرت أو فضاء باناخ ، فوق حقل متصل (مثلR{\displaystyle \mathbb {R} }أوج{\displaystyle \mathbb {C} }), متصل ببساطة.
  • كل فضاء طوبولوجي منفصل يحتوي على عنصرين على الأقل يكون منفصلاً، بل هو في الواقع منفصل تماماً . وأبسط مثال على ذلك هو فضاء النقطتين المنفصل . [ 6 ]
  • من جهة أخرى، قد تكون مجموعة منتهية متصلة. على سبيل المثال، يتكون طيف حلقة التقييم المنفصلة من نقطتين وهو متصل. وهو مثال على فضاء سيربينسكي .
  • مجموعة كانتور منفصلة تمامًا؛ نظرًا لأن المجموعة تحتوي على عدد لا يحصى من النقاط، فإن لها عددًا لا يحصى من المكونات.
  • إذا كانت هناك مساحةX{\displaystyle X}إذا كان التماثل مكافئًا لفضاء متصل،X{\displaystyle X}وهي متصلة بنفسها.
  • يُعد منحنى الجيب الطوبولوجي مثالاً على مجموعة متصلة ولكنها ليست متصلة مسارياً ولا متصلة محلياً.
  • المجموعة الخطية العامةGL(ن،R){\displaystyle \operatorname {GL} (n,\mathbb {R} )}(أي مجموعةن{\displaystyle n}-بواسطة-ن{\displaystyle n}تتكون المصفوفات الحقيقية القابلة للعكس من عنصرين متصلين: أحدهما بمصفوفات ذات محدد موجب والآخر بمحدد سالب. على وجه الخصوص، فهي غير متصلة. في المقابل،GL(ن،ج){\displaystyle \operatorname {GL} (n,\mathbb {C} )}متصلة. وبشكل أعم، فإن مجموعة المؤثرات المحدودة القابلة للعكس على فضاء هيلبرت المركب متصلة.
  • ترتبط أطياف الحلقات المحلية التبادلية والمجالات التكاملية. وبشكل أعم، فإن ما يلي متكافئ [ 7 ]
    1. طيف الحلقة التبادليةR{\displaystyle R}متصل
    2. كل وحدة إسقاطية مولدة بشكل نهائي علىR{\displaystyle R}له رتبة ثابتة.
    3. R{\displaystyle R}ليس لديه خاصية التكرار0،1{\displaystyle \neq 0,1}(أي،R{\displaystyle R}(ليس ناتج ضرب حلقتين بطريقة غير تافهة).

من أمثلة الفضاء غير المتصل المستوى الذي حُذف منه خط لانهائي. ومن الأمثلة الأخرى على الفضاءات المنفصلة (أي الفضاءات غير المتصلة) المستوى الذي أُزيلت منه حلقة ، وكذلك اتحاد قرصين مغلقين منفصلين ، حيث تحمل جميع الأمثلة الواردة في هذه الفقرة طوبولوجيا الفضاء الجزئي المستحثة بواسطة الفضاء الإقليدي ثنائي الأبعاد.

اتصال المسار

هذا الفضاء الفرعي من R ² متصل بالمسار، لأنه يمكن رسم مسار بين أي نقطتين في الفضاء.

أيُعدّ الفضاء المتصل بالمسارات مفهومًا أقوى للاتصال، إذ يتطلب بنية مسار. مسار من نقطةx{\displaystyle x}إلى حد ماy{\displaystyle y}في فضاء طوبولوجيX{\displaystyle X}هي دالة متصلةو{\displaystyle f}من الفترة 1[0،1]{\displaystyle [0,1]}لX{\displaystyle X}معو(0)=x{\displaystyle f(0)=x}وو(1)=y{\displaystyle f(1)=y}أ.مكون المسار لـX{\displaystyle X}هي فئة تكافؤ منX{\displaystyle X}بموجب علاقة التكافؤ التي تجعلx{\displaystyle x}ما يعادلy{\displaystyle y}إذا وفقط إذا كان هناك مسار منx{\displaystyle x}لy{\displaystyle y}[ 8 ] الفضاءX{\displaystyle X}يُقال إنها متصلة مسارياً (أو متصلة مسارياً أو0{\displaystyle \mathbf {0} }(متصل ) إذا كان هناك مكون مسار واحد فقط. [ 9 ]

أو بعبارة أخرى، أحد مكونات المسار لـX{\displaystyle X}هي مجموعة فرعية متصلة بمسار أقصى منX{\displaystyle X}(لرؤية التكافؤ، لاحظ أن مكون المسار بالمعنى السابق متصل بالمسار). [ 10 ]

كل مساحة متصلة بمسار متصلة. [ 11 ] لكن العكس ليس صحيحًا دائمًا: من أمثلة المساحات المتصلة التي ليست متصلة بمسار الخط الطويل الممتدل*{\displaystyle L^{*}}ومنحنى الجيب الخاص بعالم الطوبولوجيا .

مجموعات جزئية من خط الأعداد الحقيقيةR{\displaystyle \mathbb {R} }تكون هذه المجموعات الفرعية متصلة إذا وفقط إذا كانت متصلة مسارياً؛ وهذه المجموعات الفرعية هي الفترات والأشعة منR{\displaystyle \mathbb {R} }كذلك، المجموعات الفرعية المفتوحة منRن{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}أوجن{\displaystyle \mathbb {C} ^{n}}تكون العناصر متصلة إذا وفقط إذا كانت متصلة مسارياً. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاتصال والاتصال المساري متماثلان بالنسبة للفضاءات الطوبولوجية المحدودة . [ 12 ]

ترابط القوس

مساحةX{\displaystyle X}يُقال إن الشبكة متصلة بالقوس أو متصلة بشكل قوسي إذا أمكن ربط أي نقطتين متميزتين طوبولوجيًا بقوس ، وهو ما يُعرف بالتضمين.و:[0،1]X{\displaystyle f:[0,1]\to X}. أحد مكونات القوس منX{\displaystyle X}هي مجموعة فرعية متصلة بقوس أقصى منX{\displaystyle X}أو بشكل مكافئ فئة تكافؤ لعلاقة التكافؤ التي تحدد ما إذا كان من الممكن ربط نقطتين بقوس أو بمسار تكون نقاطهما غير قابلة للتمييز من الناحية الطوبولوجية.

كل فضاء هاوسدورف متصل مساريًا يكون متصلًا قوسيًا أيضًا؛ [ 13 ] وبشكل أعم، هذا صحيح بالنسبة لـΔ{\displaystyle \Delta }فضاء هاوسدورف هو فضاء تكون فيه كل صورة لمسار ما مغلقة. مثال على فضاء متصل بالمسارات ولكنه غير متصل بالأقواس هو الخط ذو الأصلين ؛ نسختيه من0{\displaystyle 0}يمكن ربطها بمسار ولكن ليس بقوس.

لا يمكن تطبيق الحدس الخاص بالفضاءات المتصلة بالمسارات بسهولة على الفضاءات المتصلة بالأقواس. لنفترضX{\displaystyle X}ليكن الخط ذو الأصلين . فيما يلي حقائق تنطبق نظائرها على الفضاءات المتصلة بالمسارات، ولكنها لا تنطبق على الفضاءات المتصلة بالأقواس:

  • قد لا تكون الصورة المستمرة للفضاء المتصل بالقوس متصلة بالقوس: على سبيل المثال، لا يمكن أن تكون خريطة القسمة من فضاء متصل بالقوس إلى خارج قسمته مع عدد قابل للعد (2 على الأقل) من النقاط المميزة طوبولوجيًا متصلة بالقوس بسبب صغر عدد العناصر.
  • قد لا تكون مكونات القوس منفصلة. على سبيل المثال،X{\displaystyle X}يحتوي على مكونين قوسيين متداخلين.
  • قد لا يكون فضاء المنتج المتصل بالأقواس ناتجًا عن فضاءات متصلة بالأقواس. على سبيل المثال،X×R{\displaystyle X\times \mathbb {R} }متصل بقوس كهربائي، ولكنX{\displaystyle X}ليس كذلك.
  • قد لا تكون مكونات القوس في فضاء المنتج ناتجة عن مكونات القوس في الفضاءات الهامشية. على سبيل المثال،X×R{\displaystyle X\times \mathbb {R} }له مكون قوس واحد، لكنX{\displaystyle X}له مكونان قوسيان.
  • إذا كانت المجموعات الفرعية المتصلة بالأقواس تحتوي على تقاطع غير فارغ، فقد لا يكون اتحادها متصلاً بالأقواس. على سبيل المثال، مكونات القوس لـX{\displaystyle X}يتقاطعان، لكن اتحادهما ليس متصلاً بقوس.

الترابط المحلي

يُقال إن الفضاء الطوبولوجي متصل محليًا عند نقطة ماx{\displaystyle x}إذا كان كل حي من أحياءx{\displaystyle x}يحتوي على جوار مفتوح متصل. يكون متصلاً محلياً إذا كان لديه قاعدة من المجموعات المتصلة. يمكن إثبات أن الفضاءX{\displaystyle X}تكون متصلة محليًا إذا وفقط إذا كان كل مكون من مكونات كل مجموعة مفتوحة منX{\displaystyle X}مفتوح.

وبالمثل، يُقال إن الفضاء الطوبولوجيتكون المجموعة متصلة مسارياً محلياً إذا كانت قاعدتها من مجموعات متصلة مسارياً. وتكون المجموعة الفرعية المفتوحة من فضاء متصل مسارياً محلياً متصلة إذا وفقط إذا كانت متصلة مسارياً. وهذا يعمم العبارة السابقة حولRن{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}وجن{\displaystyle \mathbb {C} ^{n}}كل منها متصل محلياً عبر المسار. وبشكل أعم، فإن أي مشعب طوبولوجي يكون متصلاً محلياً عبر المسار.

منحنى الجيب الخاص بعالم الطوبولوجيا متصل، ولكنه ليس متصلاً محلياً.

لا يعني الاتصال المحلي بالضرورة الاتصال، ولا يعني الاتصال عبر المسار المحلي بالضرورة الاتصال عبر المسار. مثال بسيط على فضاء متصل محليًا (ومتصل عبر المسار محليًا) ولكنه غير متصل (أو غير متصل عبر المسار) هو اتحاد فترتين منفصلتين فيR{\displaystyle \mathbb {R} }، مثل(0،1)(2،3){\displaystyle (0,1)\cup (2,3)}.

يُعدّ منحنى الجيب الطوبولوجي مثالًا كلاسيكيًا على الفضاء المتصل غير المتصل محليًا ، والذي يُعرَّف على النحو التالي:تي={(0،0)}{(x،الخطيئة(1x)):x(0،1]}{\displaystyle T=\{(0,0)\}\cup \left\{\left(x,\sin \left({\tfrac {1}{x}}\right)\right):x\in (0,1]\right\}}، مع الطوبولوجيا الإقليدية الناتجة عن الإدراج فيR2{\displaystyle \mathbb {R} ^{2}}.

عمليات المجموعة

أمثلة على اتحادات وتقاطعات المجموعات المتصلة

تقاطع المجموعات المتصلة ليس بالضرورة أن يكون متصلاً .

اتحاد المجموعات المتصلة ليس بالضرورة أن يكون متصلاً، كما يتضح من خلال النظر فيX=(0،1)(1،2){\displaystyle X=(0,1)\cup (1,2)}.

كل قطع ناقص عبارة عن مجموعة متصلة، لكن الاتحاد ليس متصلاً، لأنه يمكن تقسيمه إلى مجموعتين مفتوحتين منفصلتينيو{\displaystyle U}وV{\displaystyle V}.

هذا يعني أنه إذا كان الاتحادX{\displaystyle X}إذا تم فصل الاتصال، فسيتم تجميع البيانات{Xأنا}{\displaystyle \{X_{i}\}}يمكن تقسيمها إلى مجموعتين فرعيتين، بحيث تكون اتحادات المجموعات الفرعية منفصلة ومفتوحة فيX{\displaystyle X}(انظر الصورة). وهذا يعني أنه في حالات عديدة، يكون اتحاد المجموعات المتصلة متصلاً بالضرورة. على وجه الخصوص:

  1. إذا لم يكن التقاطع المشترك لجميع المجموعات فارغًا (Xأنا{\textstyle \bigcap X_{i}\neq \emptyset }إذا كان لدينا مجموعتان متصلتان بتقاطع غير فارغ، فمن الواضح أنه لا يمكن تقسيمهما إلى مجموعات ذات اتحادات منفصلة . وبالتالي، فإن اتحاد المجموعات المتصلة ذات التقاطع غير الفارغ يكون متصلاً.
  2. إذا لم يكن تقاطع كل زوج من المجموعات فارغًا (أنا،ج:XأناXج{\displaystyle \forall i,j:X_{i}\cap X_{j}\neq \emptyset }) ثم مرة أخرى لا يمكن تقسيمها إلى مجموعات ذات اتحادات منفصلة، ​​لذلك يجب أن يكون اتحادها متصلاً.
  3. إذا أمكن ترتيب المجموعات كسلسلة متصلة، أي مفهرسة بمؤشرات عددية صحيحة وأنا:XأناXأنا+1{\displaystyle \forall i:X_{i}\cap X_{i+1}\neq \emptyset }إذن، لا بد أن يكون اتحادهما مرتبطاً.
  4. If the sets are pairwise-disjoint and the quotient spaceX/{Xi}{\displaystyle X/\{X_{i}\}} is connected, then X must be connected. Otherwise, if UV{\displaystyle U\cup V} is a separation of X then q(U)q(V){\displaystyle q(U)\cup q(V)} is a separation of the quotient space (since q(U),q(V){\displaystyle q(U),q(V)} are disjoint and open in the quotient space).[14]

The set difference of connected sets is not necessarily connected. However, if XY{\displaystyle X\supseteq Y} and their difference XY{\displaystyle X\setminus Y} is disconnected (and thus can be written as a union of two open sets X1{\displaystyle X_{1}} and X2{\displaystyle X_{2}}), then the union of Y{\displaystyle Y} with each such component is connected (i.e. YXi{\displaystyle Y\cup X_{i}} is connected for all i{\displaystyle i}).

Proof[15]

By contradiction, suppose YX1{\displaystyle Y\cup X_{1}} is not connected. So it can be written as the union of two disjoint open sets, e.g. YX1=Z1Z2{\displaystyle Y\cup X_{1}=Z_{1}\cup Z_{2}}. Because Y{\displaystyle Y} is connected, it must be entirely contained in one of these components, say Z1{\displaystyle Z_{1}}, and thus Z2{\displaystyle Z_{2}} is contained in X1{\displaystyle X_{1}}. Now we know that: X=(YX1)X2=(Z1Z2)X2=(Z1X2)(Z2X1){\displaystyle X=\left(Y\cup X_{1}\right)\cup X_{2}=\left(Z_{1}\cup Z_{2}\right)\cup X_{2}=\left(Z_{1}\cup X_{2}\right)\cup \left(Z_{2}\cap X_{1}\right)} The two sets in the last union are disjoint and open in X{\displaystyle X}, so there is a separation of X{\displaystyle X}, contradicting the fact that X{\displaystyle X} is connected.

Two connected sets whose difference is not connected

Theorems

  • Main theorem of connectedness: Let X{\displaystyle X} and Y{\displaystyle Y} be topological spaces and let f:XY{\displaystyle f:X\rightarrow Y} be a continuous function. If X{\displaystyle X} is (path-)connected then the image f(X){\displaystyle f(X)} is (path-)connected. This result can be considered a generalization of the intermediate value theorem.
  • Every path-connected space is connected.
  • In a locally path-connected space, every open connected set is path-connected.
  • Every locally path-connected space is locally connected.
  • A locally path-connected space is path-connected if and only if it is connected.
  • The closure of a connected subset is connected. Furthermore, any subset between a connected subset and its closure is connected.
  • The connected components are always closed (but in general not open)
  • The connected components of a locally connected space are also open.
  • The connected components of a space are disjoint unions of the path-connected components (which in general are neither open nor closed).
  • Every quotient of a connected (resp. locally connected, path-connected, locally path-connected) space is connected (resp. locally connected, path-connected, locally path-connected).
  • Every product of a family of connected (resp. path-connected) spaces is connected (resp. path-connected).
  • Every open subset of a locally connected (resp. locally path-connected) space is locally connected (resp. locally path-connected).
  • Every manifold is locally path-connected.
  • Arc-wise connected space is path connected, but path-wise connected space may not be arc-wise connected
  • Continuous image of arc-wise connected set is arc-wise connected.

Graphs

تحتوي الرسوم البيانية على مجموعات فرعية متصلة مساريًا، وهي تلك المجموعات الفرعية التي يوجد بين كل زوج من النقاط مسار من الحواف يربط بينهما. ومع ذلك، ليس من الممكن دائمًا إيجاد بنية طوبولوجية على مجموعة النقاط تُنتج نفس المجموعات المتصلة. الرسم البياني ذو الخمس دورات (وأي رسم بياني آخر)ن{\displaystyle n}- دورة معن>3{\displaystyle n>3}(غريب) هو أحد هذه الأمثلة.

نتيجةً لذلك، يمكن صياغة مفهوم الاتصال بشكل مستقل عن طوبولوجيا الفضاء. فعلى سبيل المثال، توجد فئة من الفضاءات المتصلة تتألف من مجموعات تحتوي على مجموعات فرعية متصلة تحقق بديهيات الاتصال؛ وتُعرف تشاكلاتها بالدوال التي تربط المجموعات المتصلة ببعضها ( مسكات وبوهاجيار ، 2006 ) . وتُعد الفضاءات الطوبولوجية والرسوم البيانية حالات خاصة من الفضاءات المتصلة؛ بل إن الفضاءات المتصلة المحدودة هي تحديدًا الرسوم البيانية المحدودة.

مع ذلك، يمكن تحويل أي رسم بياني إلى فضاء طوبولوجي، وذلك بمعاملة الرؤوس كنقاط والحواف كنسخ من الفترة [1] (انظر نظرية الرسم البياني الطوبولوجية#الرسوم البيانية كفضاءات طوبولوجية ). عندئذٍ، يمكن إثبات أن الرسم البياني متصل (بالمعنى النظري للرسم البياني) إذا وفقط إذا كان متصلاً كفضاء طوبولوجي.

أشكال أقوى من الترابط

توجد أشكال أقوى من الترابط للفضاءات الطوبولوجية ، على سبيل المثال:

  • إذا لم توجد مجموعتان مفتوحتان غير فارغتين منفصلتان في فضاء طوبولوجيX{\displaystyle X}،X{\displaystyle X}يجب أن تكون متصلة، وبالتالي فإن المساحات فائقة الترابط تكون متصلة أيضاً.
  • بما أن الفضاء المتصل ببساطة ، بحكم تعريفه، يتطلب أيضاً أن يكون متصلاً عبر مسار، فإن أي فضاء متصل ببساطة يكون متصلاً أيضاً. وإذا تم حذف شرط "اتصال المسار" من تعريف الاتصال البسيط، فإن الفضاء المتصل ببساطة لا يحتاج إلى أن يكون متصلاً.
  • لكنّ النسخ الأقوى من الاتصال تتضمن مفهوم الفضاء القابل للانكماش . كل فضاء قابل للانكماش متصل بمسارات، وبالتالي فهو متصل أيضاً.

بشكل عام، أي فضاء متصل بمسار يجب أن يكون متصلاً، ولكن توجد فضاءات متصلة ليست متصلة بمسار. يُعد فضاء المشط المحذوف مثالاً على ذلك، وكذلك منحنى الجيب الطوبولوجي المذكور أعلاه.

أشكال أضعف

الفضاء المتسلسل جيدًا هو فضاء متري يمكن فيه ربط أي نقطتين عشوائيتين بسلسلة من النقاط المتقاربة بشكل عشوائي. بينما أي مجموعة متسلسلة جيدًاX{\displaystyle X}مرتبط، [ 16 ] : الفصل الأول §8، والعكس ليس صحيحًا (مثال على ذلك هوسؤال{\displaystyle \mathbb {Q} }).

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. بريدون 2013 ، الفصل الأول، الاقتراح 4.5.
  2. بريدون 2013 ، الفصل الأول، النتيجة 4.8.
  3. بريدون 2013 ، الفصل الأول، التعريف 4.9.
  4. "5.12 المساحات والخرائط شبه المدمجة". مشروع ستاكس . جامعة كولومبيا. مؤرشف من الأصل في 17 مارس 2025. تم الاسترجاع في 17 مارس 2025 .
  5. ستيفن ويلارد (1970). الطوبولوجيا العامة . دوفر. ص 191. ISBN  0-486-43479-6.
  6. جورج ف. سيمونز (1968). مقدمة في الطوبولوجيا والتحليل الحديث . شركة ماكجرو هيل للنشر. ص 144. ISBN  0-89874-551-9.
  7. تشارلز ويبل ، كتاب K: مقدمة في نظرية K الجبرية
  8. ويلارد 1970 ، المسألة 27د.
  9. بالنسبة للمساحات غير الفارغة، فإن هذا يعادل القول بأن هناك مسارًا يربط أي نقطتين فيX{\displaystyle X}ومرة أخرى، يستبعد العديد من المؤلفين المساحة الفارغة.
  10. بريدون 2013 ، الفصل الأول ، القسم 4 ، المسألة 5 (أ).
  11. ويلارد 1970 ، النظرية 27.2.
  12. مونكرز، جيمس ريموند (2000). الطوبولوجيا (ملف PDF) ( الطبعة الثانية). أبر سادل ريفر (نيوجيرسي): برنتيس هول. الصفحات 155-157 . ISBN   0-13-181629-2تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 مارس 2025 .
  13. إنجلكينج 1989 ، المسألة 6.3.12. (أ)
  14. إيك، ديفيد ج. "المجموعات المتصلة" (ملف PDF) . قسم الرياضيات وعلوم الحاسوب . كليات هوبارت وويليام سميث. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 1 سبتمبر 2024. تم الاطلاع عليه في 17 مارس 2025 .
  15. ماريك (13 فبراير 2013). "كيف نثبت هذه النتيجة المتعلقة بالترابط؟" . ستاك إكستشينج .
  16. وايبورن، جوردون توماس (1964). التحليل الطوبولوجي ( الطبعة الثانية). برينستون، نيوجيرسي: مطبعة جامعة برينستون. 

مراجع

  • بريدون، جي إي (2013). الطوبولوجيا والهندسة . نصوص الدراسات العليا في الرياضيات. المجلد  139. سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا.
  • إنجلكينج، ريشارد (1989). الطوبولوجيا العامة (طبعة منقحة ومكتملة  ). ليمجو: دار نشر هيلدرمان. ISBN 3-88538-006-4.
  • مسقط، ج؛ بوهاجيار، د (2006). "الفضاءات المتصلة" (ملف PDF) . مذكرات كلية العلوم والهندسة، جامعة شيماني، السلسلة ب: العلوم الرياضية . 39 : 1-13 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 4 مارس 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 مايو 2010 ..
  • وايلدر، آر إل (1978). "تطور المفهوم الطوبولوجي لـ "المتصل"". المجلة الرياضية الأمريكية الشهرية . 85 (9): 720– 726. doi : 10.2307/2321676 . JSTOR 2321676 . 
  • ويلارد، ستيفن (1970). الطوبولوجيا العامة . ريدينغ، ماساتشوستس: أديسون-ويسلي. ISBN 0-486-43479-6.

للمزيد من القراءة