Bourbaki

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7. 逆极限和直极限

1. 逆极限

令II为预定的集合,并让(Eα)α∈I(E_\alpha)_{\alpha\in I}为由II索引的集合族。对于II的元素的每个对(α,β)(\alpha,\beta)使得α≤β\alpha\leq\beta,令fαβf_{\alpha\beta}为EαE_\alpha的EβE_\beta的映射。假设 fαβf_{\alpha\beta} 满足以下条件 :

(LPI)(\mathrm{LP}_I) 关系 α≤β≤γ\alpha\leq\beta\leq\gamma 暗示fαγ=fαβ∘fβγf_{\alpha\gamma}=f_{\alpha\beta}\circ f_{\beta\gamma}.

(LPII)(\mathrm{LP}_{II}) 对于每个 α∈I\alpha\in I,fααf_{\alpha\alpha} 是 EαE_\alpha 中的恒等映射。

令G=∏α∈IEαG=\prod_{\alpha\in I}E_\alpha为集合(Eα)α∈I(E_\alpha)_{\alpha\in I}族的*乘积*,并让EE表示所有xx中GG由……组成的子集,其中满足每个关系

(1)

pr⁡αx=fαβ(pr⁡βx)\operatorname{pr}_{\alpha}x=f_{\alpha\beta}(\operatorname{pr}_{\beta}x)

对于指标(α,β)(\alpha,\beta)中的每个对,使得α≤β\alpha\leq\beta。 EE据说是家庭*逆极限*(Eα)α∈I(E_\alpha)_{\alpha\in I}*相对于映射*(fαβ)(f_{\alpha\beta})的家庭,在没有歧义的情况下,我们写成E=lim⁡⟵ (Eα,fαβ)E=\underset{\longleftarrow}{\lim}\,(E_\alpha,f_{\alpha\beta})或简单地写成E=lim⁡⟵ EαE=\underset{\longleftarrow}{\lim}\,E_\alpha。通过滥用语言,对((Eα),(fαβ))((E_\alpha),(f_{\alpha\beta}))(通常用(Eαβ,fαβ)(E_{\alpha\beta},f_{\alpha\beta})表示)被称为集合*的*逆系,相对于指标集合II。 投影 pr⁡α\operatorname{pr}_\alpha到EE的*限制* fαf_\alpha称为EE到EαE_\alpha的*典范映射*,我们有关系

(2)

fα=fαβ∘fβf_\alpha=f_{\alpha\beta}\circ f_\beta

每当α≤β\alpha\leq\beta;这只是关系 (1) 其中定义 EE 的转录。

例

例 1 03TF

假设II上的序关系是*等式*的关系。那么唯一的对(α,β)(\alpha,\beta)使得α≤β\alpha\leq\beta是对(α,α)(\alpha,\alpha),其中α∈I\alpha\in I;并且由于 fααf_{\alpha\alpha} 是恒等映射,因此 所有 x∈Gx\in G 都满足关系 (1);在其他字中,lim⁡⟵ Eα\underset{\longleftarrow}{\lim}\,E_\alpha则为*乘积* ∏α∈IEα\prod_{\alpha\in I}E_\alpha。

被以下引用 1

被以下引用 推论 2

例 2 03TG

假设II是*右向的*,EαE_\alpha对于所有α∈I\alpha\in I来说都是相同的集合FF,并且只要α≤β\alpha\leq\beta,fαβf_{\alpha\beta}就是FF的恒等映射到自身上。那么E=lim⁡⟵ EαE=\underset{\longleftarrow}{\lim}\,E_\alpha就是乘积∏α∈IEα=FI\prod_{\alpha\in I}E_\alpha=F^I的*对角的*Δ\Delta。事实上,很明显每个 x∈Δx\in\Delta 都满足关系 (1)。相反,让xx是EE的元素,并让我们证明对于指标(α,β)(\alpha, \beta)的每个对,我们有prαx=prβx\mathrm{pr}_\alpha x = \mathrm{pr}_\beta x。到假设,存在指标γ∈I\gamma \in I使得α⩽γ\alpha \leqslant \gamma和β⩽γ\beta \leqslant \gamma;因此,根据(1),我们有prαx=fαγ(prγx)=prγx\mathrm{pr}_\alpha x = f_{\alpha\gamma}(\mathrm{pr}_\gamma x) = \mathrm{pr}_\gamma x,类似地还有prβx=prγx\mathrm{pr}_\beta x = \mathrm{pr}_\gamma x,这证明了我们的断言。

应该注意的是,即使所有 EαE_\alpha 都非空并且所有映射 fαβf_{\alpha\beta} 都是*满射*(习题 4;参见 no. 4),E=lim←⁡EαE = \varprojlim E_\alpha 也可以是*空*。

¶ 很明显,对于(Eα)α∈J(E_\alpha)_{\alpha \in J}和家族(fαβ)(f_{\alpha\beta})的I对由……组成的每个子集J,其中α∈J\alpha \in J、β∈J\beta \in J和α⩽β\alpha \leqslant \beta又是逆系集合相对于 J;据说它是通过将指标集合*限制*到J而获得的。令E和E'分别表示家族(Eα)α∈I(E_\alpha)_{\alpha \in I}和(Eα)α∈J(E_\alpha)_{\alpha \in J}的逆极限。每x∈Ex \in E元素

g(x)=(fα(x))α∈J(3)g(x) = (f_\alpha(x))_{\alpha \in J} \tag{3}

凭借(2)属于到E'; 映射 g:E→E′g : E \to E' 这样定义的称为*规范*。如果 J' 是 J 的子集,并且 E'' 是 (Eα)α∈J′(E_\alpha)_{\alpha \in J'} 族的逆极限,并且如果 g′:E′→E′′g' : E' \to E'' 和 g′′:E→E′′g'' : E \to E'' 是典范映射,那么到定义我们有

g′′=g′∘g.(4)g'' = g' \circ g. \tag{4}
引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 习题 4, § 7

被以下引用 注 2

2. 映射的逆系

命题 1 03OC

令* I 为有序集合,令 (Eα,fαβ)(E_\alpha, f_{\alpha\beta}) 为集合相对于 I的逆系,*让* E=lim←⁡EαE = \varprojlim E_\alpha 为其逆极限,并且对于每个 α∈I\alpha \in I *令

被以下引用 4

被以下引用 § 7. 逆极限和直极限, 推论 1, 命题 3, 命题 5

fα:E→Eαf_\alpha : E \to E_\alpha

为典范映射。对于每个α∈I\alpha \in I,*让*uαu_\alpha*成为集合*F的映射*进入*EαE_\alpha*这样*

fαβ∘uβ=uαwhenever α⩽β.(5)f_{\alpha\beta} \circ u_\beta = u_\alpha \qquad \textit{whenever } \alpha \leqslant \beta. \tag{5}

然后:

(a) 存在 F 进入 E 的唯一映射 uu 使得

uα=fα∘ufor all α∈I;(6)u_\alpha = f_\alpha \circ u \qquad \textit{for all } \alpha \in I;\tag{6}

(b) 映射 uu 是单射当且仅当,对于 F 的不同元素* yy、zz 的每个对,存在* α∈I\alpha \in I 使得 uα(y)≠uα(z)u_\alpha(y) \neq u_\alpha(z)。

对于关系 uα=fα∘uu_\alpha = f_\alpha \circ u 意味着对于每个 y∈Fy \in F 我们有

prα(u(y))=uα(y);\mathrm{pr}_\alpha(u(y)) = u_\alpha(y);

元素 u(y)∈∏α∈IEαu(y) \in \prod_{\alpha \in I} E_\alpha 由u(y)=(uα(y))α∈Iu(y) = (u_\alpha(y))_{\alpha \in I}唯一确定。仍有待证明的是,u(y)∈Eu(y) \in E对于所有y∈Fy \in F,在其他字中,

prα(u(y))=fαβ(prβ(u(y)))\mathrm{pr}_\alpha(u(y)) = f_{\alpha\beta}(\mathrm{pr}_\beta(u(y)))

每当α⩽β\alpha \leqslant \beta时。但这可以写成形式

uα(y)=fαβ(uβ(y))u_\alpha(y) = f_{\alpha\beta}(u_\beta(y))

因此由 (5) 得出。 命题的第二个部分紧随定义之后。

推论 1 03RN

令*(Eα,fαβ)(E_\alpha, f_{\alpha\beta})*和*(Fα,gαβ)(F_\alpha, g_{\alpha\beta})*为集合中的两个逆系相对于相同的指标集合*I; 让 E=lim←⁡EαE = \varprojlim E_\alpha,F=lim←⁡FαF = \varprojlim F_\alpha,*并让* fαf_\alpha (分别 gαg_\alpha*)为* E 到 EαE_\alpha (分别为 F 到 FαF_\alpha*)的典范映射,对于每个* α∈I\alpha \in I,*对于每个* α∈I\alpha \in I,*让*uαu_\alpha*成为*E的映射*进入*FαF_\alpha*使得图表

引用了 1

引用了 命题 1

Eβ⟶uβFβfαβ↓↓gαβEα⟶uαFα\begin{array}{ccc} E_\beta & \overset{u_\beta}{\longrightarrow} & F_\beta \\ {\scriptstyle f_{\alpha\beta}}\big\downarrow & & \big\downarrow{\scriptstyle g_{\alpha\beta}} \\ E_\alpha & \underset{u_\alpha}{\longrightarrow} & F_\alpha \end{array}

可交换 [^1] 每当 α⩽β\alpha \leqslant \beta。 然后存在唯一映射 u:E→Fu : E \to F 使得对于每个 α∈I\alpha \in I 图表

E⟶uFfα↓↓gαEα⟶uαFα\begin{array}{ccc} E & \overset{u}{\longrightarrow} & F \\ {\scriptstyle f_\alpha}\big\downarrow & & \big\downarrow{\scriptstyle g_\alpha} \\ E_\alpha & \underset{u_\alpha}{\longrightarrow} & F_\alpha \end{array}

是可交换的。

输入vα=uα∘fαv_\alpha = u_\alpha \circ f_\alpha。如果 α⩽β\alpha \leqslant \beta,由 (2) 我们有,

gαβ∘vβ=gαβ∘uβ∘fβ=uα∘fαβ∘fβ=uα∘fα=vα,g_{\alpha\beta} \circ v_\beta = g_{\alpha\beta} \circ u_\beta \circ f_\beta = u_\alpha \circ f_{\alpha\beta} \circ f_\beta = u_\alpha \circ f_\alpha = v_\alpha,

因此我们可以应用命题 1 到映射 vαv_\alpha;因此映射u:E→Fu:E\to F的存在和唯一性使得

gα∘u=vα=uα∘fα g_\alpha\circ u=v_\alpha=u_\alpha\circ f_\alpha

对于每个α∈I\alpha\in I。

¶ 满足推论 1 的条件的映射 uα:Eα→Fαu_\alpha:E_\alpha\to F_\alpha 族称为 (Eα,fαβ)(E_\alpha,f_{\alpha\beta}) 的映射* 到 (Fα,gαβ)(F_\alpha,g_{\alpha\beta}) 的 逆系。推论1中定义的映射uu称为(uα)(u_\alpha)族的逆极限*,并且在不存在混淆风险的情况下写作u=lim⁡← uαu=\underset{\leftarrow}{\lim}\,u_\alpha。

推论 2 03RO

令(Eα,fαβ)(E_\alpha,f_{\alpha\beta})、(Fα,gαβ)(F_\alpha,g_{\alpha\beta})、(Gα,hαβ)(G_\alpha,h_{\alpha\beta})为集合的三个*逆系相对于相同的指标集合*II;令E=lim⁡← EαE=\underset{\leftarrow}{\lim}\,E_\alpha、F=lim⁡← FαF=\underset{\leftarrow}{\lim}\,F_\alpha、G=lim⁡← GαG=\underset{\leftarrow}{\lim}\,G_\alpha,并让fαf_\alpha(分别gα,hαg_\alpha,h_\alpha)成为EE(分别F,GF,G)的*典范映射**到*EαE_\alpha(分别Fα,GαF_\alpha,G_\alpha)。如果(uα)(u_\alpha)和(vα)(v_\alpha)是*两个映射的逆系*、uα:Eα→Fαu_\alpha:E_\alpha\to F_\alpha、vα:Fα→Gαv_\alpha:F_\alpha\to G_\alpha,那么*复合映射*vα∘uα:Eα→Gαv_\alpha\circ u_\alpha:E_\alpha\to G_\alpha形式和映射*的*逆系,我们有

被以下引用 1

被以下引用 § 7. 逆极限和直极限

(7)

lim⁡← (vα∘uα)=(lim⁡← vα)∘(lim⁡← uα). \underset{\leftarrow}{\lim}\,(v_\alpha\circ u_\alpha) = \left(\underset{\leftarrow}{\lim}\,v_\alpha\right)\circ \left(\underset{\leftarrow}{\lim}\,u_\alpha\right).

因为如果我们输入wα=vα∘uαw_\alpha=v_\alpha\circ u_\alpha,那么如果α≤β\alpha\leq\beta我们有

wα∘fαβ=vα∘(uα∘fαβ)=vα∘(gαβ∘vβ)=(hαβ∘vβ)∘uβ=hαβ∘wβ, w_\alpha\circ f_{\alpha\beta} =v_\alpha\circ(u_\alpha\circ f_{\alpha\beta}) =v_\alpha\circ(g_{\alpha\beta}\circ v_\beta) =(h_{\alpha\beta}\circ v_\beta)\circ u_\beta =h_{\alpha\beta}\circ w_\beta,

这表明(wα)(w_\alpha)是映射的逆系。此外,如果u=lim⁡← uαu=\underset{\leftarrow}{\lim}\,u_\alpha和v=lim⁡← vαv=\underset{\leftarrow}{\lim}\,v_\alpha,则每个α∈I\alpha\in I都有hα∘(v∘u)=(vα∘gα)∘u=(vα∘uα)∘fαh_\alpha\circ(v\circ u)=(v_\alpha\circ g_\alpha)\circ u=(v_\alpha\circ u_\alpha)\circ f_\alpha,因此,通过逆极限的唯一性,我们有v∘u=lim⁡← wαv\circ u=\underset{\leftarrow}{\lim}\,w_\alpha。

¶ 令 (Eα,fαβ)(E_\alpha,f_{\alpha\beta}) 为集合的逆系,对于每个 α∈I\alpha\in I,令 MαM_\alpha 为 EαE_\alpha 的子集。如果fαβ(Mβ)⊂Mαf_{\alpha\beta}(M_\beta)\subset M_\alpha每当α≤β\alpha\leq\beta,则MαM_\alpha被称为形式和EαE_\alpha的子集*的*逆系。设gαβg_{\alpha\beta}为MβM_\beta的映射到MαM_\alpha(其中α≤β\alpha\leq\beta),其图形与fαβf_{\alpha\beta}到MβM_\beta的限制的图形相同。那么很明显 (Mα,gαβ)(M_\alpha,g_{\alpha\beta}) 是集合的逆系并且

(8)

lim⁡← Mα=(lim⁡← Eα)∩∏α∈IMα. \underset{\leftarrow}{\lim}\,M_\alpha = \left(\underset{\leftarrow}{\lim}\,E_\alpha\right)\cap\prod_{\alpha\in I}M_\alpha.

命题 2 03RP

令(Eα,fαβ)(E_\alpha,f_{\alpha\beta})和(Eα′,fαβ′)(E'_\alpha,f'_{\alpha\beta})为集合相对于*II的两个*逆系,并令uαu_\alpha为每个α∈I\alpha\in I的EαE_\alpha到Eα′E'_\alpha的映射,这样uαu_\alpha形式*逆系映射*。让u=lim⁡← uαu=\underset{\leftarrow}{\lim}\,u_\alpha。然后对于每个x′=(xα′)∈E′=lim⁡← Eα′x'=(x'_\alpha)\in E'=\underset{\leftarrow}{\lim}\,E'_\alpha,uˉα−1(xα′)\bar u_\alpha^{-1}(x'_\alpha)形式,EαE_\alpha和uˉ−1(x′)=lim⁡← uˉα−1(xα′)\bar u^{-1}(x')=\underset{\leftarrow}{\lim}\,\bar u_\alpha^{-1}(x'_\alpha)的子集*的*逆系。

被以下引用 2

被以下引用 命题 1, A II § 6, 推论

对于如果 α⩽β\alpha \leqslant \beta 和 xβ∈uβ−1(xβ′)x_\beta \in \overset{-1}{u_\beta}(x'_\beta),我们有

uα(fαβ(xβ))=fαβ′(uβ(xβ))=fαβ′(xβ′)=xα′,u_\alpha(f_{\alpha\beta}(x_\beta)) = f'_{\alpha\beta}(u_\beta(x_\beta)) = f'_{\alpha\beta}(x'_\beta) = x'_\alpha,

第一个断言随之而来;并说 x=(xα)∈E=lim←⁡Eαx = (x_\alpha) \in \mathrm{E} = \varprojlim \mathrm{E}_\alpha 使得 u(x)=x′u(x) = x' 意味着,通过定义,每个 α∈I\alpha \in \mathrm{I} 都有 uα(xα)=xα′u_\alpha(x_\alpha) = x'_\alpha。

推论 03OD

如果uαu_\alpha是单射*(或*双射的*)*对于每个α∈I\alpha \in \mathrm{I},则uu是单射*(或*双射的*)。

引用了 2

引用了 命题 2, 习题 4, § 7

有了命题2的记号,像uα(Eα)u_\alpha(\mathrm{E}_\alpha)还有Eα′\mathrm{E}'_\alpha的子集形式逆系,我们有

(9)

u(E)⊂lim←⁡uα(Eα);u(\mathrm{E}) \subset \varprojlim u_\alpha(\mathrm{E}_\alpha);

但这个关系的两侧*不一定相等*(习题4)。

命题 3 03OE

令I\mathrm{I}为预定的集合,令(Eα,fαβ)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\alpha\beta})为集合相对于I\mathrm{I}的逆系,并令E=lim←⁡Eα\mathrm{E} = \varprojlim \mathrm{E}_\alpha。令J\mathrm{J}为I\mathrm{I}的共尾子集,使得J\mathrm{J}右向,并令E′\mathrm{E}'为通过限制指标从(Eα,fαβ)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\alpha\beta})获得的集合的逆系的逆极限集合至 J\mathrm{J}。那么 E\mathrm{E} 的典范映射 gg 到 E′\mathrm{E}'* (no. 1, 公式 (3)) 是双射。

对于每个α∈J\alpha \in \mathrm{J},令fα′f'_\alpha为典范映射E′→Eα\mathrm{E}' \to \mathrm{E}_\alpha。 然后,通过(2)和(5),gg是E\mathrm{E}的唯一映射到E′\mathrm{E}',使得fα=fα′∘gf_\alpha = f'_\alpha \circ g对于所有α∈J\alpha \in \mathrm{J}(命题1)。 我们将使用命题 1 的准则来证明gg是单射的。 如果xx、yy与E\mathrm{E}不同元素,则到定义存在α∈I\alpha \in \mathrm{I}使得fα(x)≠fα(y)f_\alpha(x) \neq f_\alpha(y);由于J\mathrm{J}是I\mathrm{I}的共尾,因此存在λ∈J\lambda \in \mathrm{J}使得α⩽λ\alpha \leqslant \lambda;从fαλ(fλ(x))≠fαλ(fλ(y))f_{\alpha\lambda}(f_\lambda(x)) \neq f_{\alpha\lambda}(f_\lambda(y))开始,我们有fλ(x)≠fλ(y)f_\lambda(x) \neq f_\lambda(y)。 仍有待证明 gg 是满射的。 设x′=(xλ′)λ∈Jx' = (x'_\lambda)_{\lambda \in \mathrm{J}}为E′\mathrm{E}'的元素。 对于每个α∈I\alpha \in \mathrm{I},存在λ∈J\lambda \in \mathrm{J}使得α⩽λ\alpha \leqslant \lambda,并且元素fαλ(xλ′)f_{\alpha\lambda}(x'_\lambda)不依赖于指标λ∈J\lambda \in \mathrm{J}使得α⩽λ\alpha \leqslant \lambda;因为如果μ∈J\mu \in \mathrm{J}使得α⩽μ\alpha \leqslant \mu,则存在ν∈J\nu \in \mathrm{J}使得λ⩽ν\lambda \leqslant \nu和μ⩽ν\mu \leqslant \nu,因此存在fαλ(xλ′)=fαλ(fλν(xν′))=fαν(xν′)f_{\alpha\lambda}(x'_\lambda) = f_{\alpha\lambda}(f_{\lambda\nu}(x'_\nu)) = f_{\alpha\nu}(x'_\nu),并且类似地fαμ(xμ′)=fαν(xν′)f_{\alpha\mu}(x'_\mu) = f_{\alpha\nu}(x'_\nu)。 令xαx_\alpha为λ∈J\lambda \in \mathrm{J}的fαλ(xλ′)f_{\alpha\lambda}(x'_\lambda)的公共的值,使得α⩽λ\alpha \leqslant \lambda,并令x=(xα)α∈Ix = (x_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{I}}。 然后x∈Ex \in \mathrm{E},因为如果α⩽β\alpha \leqslant \beta并且λ∈J\lambda \in \mathrm{J}使得β⩽λ\beta \leqslant \lambda,我们有

fαβ(xβ)=fαβ(fβλ(xλ′))=fαλ(xλ′)=xα.f_{\alpha\beta}(x_\beta) = f_{\alpha\beta}(f_{\beta\lambda}(x'_\lambda)) = f_{\alpha\lambda}(x'_\lambda) = x_\alpha.

最后,我们对所有λ∈J\lambda \in \mathrm{J}有xλ′=fλλ(xλ′)x'_\lambda = f_{\lambda\lambda}(x'_\lambda),因此对所有λ∈J\lambda \in \mathrm{J}有xλ=xλ′x_\lambda = x'_\lambda;其他字,f(xλ)=xλ′f(x_\lambda) = x'_\lambda,所以g(x)=x′g(x) = x'。因此 gg 是满射,证明是完备的。

特别是,如果I\mathrm{I}有*最大元素*ω\omega,我们可以采用J={ω}\mathrm{J} = \{\omega\},这样lim←⁡Eα\varprojlim \mathrm{E}_\alpha就可以与Eω\mathrm{E}_\omega规范地识别。

注

引用了 1

引用了 命题 1

注 1 03TH

对于每个α∈I\alpha \in I,放入Eα′=fα(E)E'_\alpha = f_\alpha(E)。那么根据(2),EαE_\alpha的集合Eα′E'_\alpha形式*子集*的*逆系,立即可知lim←⁡Eα′=E=lim←⁡Eα\varprojlim E'_\alpha = E = \varprojlim E_\alpha。 映射fαβ′:Eβ′→Eα′f'_{\alpha\beta} : E'_\beta \to E'_\alpha(其中α⩽β\alpha \leqslant \beta),其图与fαβf_{\alpha\beta}到EβE_\beta的限制的图相同,是*满射*,我们有

(10)Eα′=fα(E)⊂⋂β⩾αfαβ(Eβ)(10) \qquad E'_\alpha = f_\alpha(E) \subset \bigcap_{\beta \geqslant \alpha} f_{\alpha\beta}(E_\beta)

对于所有α∈I\alpha \in I。

注 2 03TI

令I为(*右*)*定向*有序集合,令(Eα,fαβ)(E_\alpha, f_{\alpha\beta})为集合相对于I的逆系,对于每个α∈I\alpha \in I令uα:F→Eαu_\alpha : F \to E_\alpha为映射,使得该族(uα)(u_\alpha) 满足公式 (5)。考虑逆系(Fα,iαβ)(F_\alpha, i_{\alpha\beta})由I索引,其中Fα=FF_\alpha = F对于所有α∈I\alpha \in I和iαβi_{\alpha\beta}是F的恒等映射。然后(no. 1,例2)F被规范地标识为lim←⁡Fα\varprojlim F_\alpha。如果我们将uαu_\alpha视为FαF_\alpha的映射进入EαE_\alpha,则(uα)(u_\alpha)是映射的逆系,并且(6)定义的映射u:F→Eu : F \to E与此的逆极限相同系统共映射。因而,通过滥用语言,我们写了u=lim←⁡uαu = \varprojlim u_\alpha。

引用了 1

引用了 例 2

注 3 03TJ

令I为有序集合,并令(Eα,fαβ)(E_\alpha, f_{\alpha\beta})为集合相对于I的逆系。对于I的每个有限子集 J,令FJF_J为通过将指标集合限制为J而从(Eα,fαβ)(E_\alpha, f_{\alpha\beta})获得的(有限)逆系的逆极限。如果J和K是以下任意两个有限子集 I使得J⊂KJ \subset K,让gJKg_{JK}表示FKF_K的典范映射(3)到FJF_J。那么关系 (4) 表明 (FJ,gJK)(F_J, g_{JK}) 是集合相对于有限子集的*定向* 集合(相对于关系 ⊂\subset)F(I)\mathfrak{F}(I) 的 逆系 I。接下来,对于每个J∈F(I)J \in \mathfrak{F}(I),令hJ:E→FJh_J : E \to F_J为典范映射 (3)。根据(4)以及注(2)中提到的语言滥用,(hJ)(h_J)是映射的*逆系*。输入h=lim←⁡hJ:E→F=lim←⁡FJh = \varprojlim h_J : E \to F = \varprojlim F_J,让我们证明hh是*双射*(称为*规范*)。确实,让y=(yJ)∈Fy = (y_J) \in F。到定义,我们有yJ=(xα,J)α∈Jy_J = (x_{\alpha, J})_{\alpha \in J},其中xα,J∈Eαx_{\alpha, J} \in E_\alpha代表所有α∈J\alpha \in J。如果J⊂KJ \subset K,那么通过映射gJKg_{JK}的定义,并且因为yJ=gJK(yK)y_J = g_{JK}(y_K),我们对所有α∈J\alpha \in J有xα,J=xα,Kx_{\alpha, J} = x_{\alpha, K}。因而,给定α∈I\alpha \in I,存在唯一元素xα∈Eαx_\alpha \in E_\alpha,使得xα=xα,Jx_\alpha = x_{\alpha, J}对于I的所有有限子集J,其中包含α\alpha。如果α⩽β\alpha \leqslant \beta,I有有限子集J,其中包含既α\alpha又β\beta;因而xα=fαβ(xβ)x_\alpha = f_{\alpha\beta}(x_\beta)乘以定义。因而x=(xα)x = (x_\alpha)是E的唯一元素,使得h(x)=yh(x) = y。

3. 双重逆极限

令I、L为两个预先订购的集合,以及I×LI \times L它们的乘积(§ 1, no. 4)。考虑集合(Eαλ,fαβλμ)(E^\lambda_\alpha, f^{\lambda\mu}_{\alpha\beta})相对于指标集合I×LI \times L的逆系。

我们有

(11) 每当α⩽β⩽γ\alpha \leqslant \beta \leqslant \gamma和λ⩽μ⩽ν\lambda \leqslant \mu \leqslant \nu时,fαγλν=fαβλμ∘fβγμν\qquad f^{\lambda\nu}_{\alpha\gamma} = f^{\lambda\mu}_{\alpha\beta} \circ f^{\mu\nu}_{\beta\gamma}。

让E或lim⁡Eαλ\lim \mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha}表示这个逆系的逆极限。

对于每个λ∈L\lambda \in \mathrm{L},放入gαβλ=fαβλλ:Eβλ→Eαλg^{\lambda}_{\alpha\beta} = f^{\lambda\lambda}_{\alpha\beta} : \mathrm{E}^{\lambda}_{\beta} \to \mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha}。由(11)可知

(12) gαγλ=gαβλ∘gβγλ\qquad g^{\lambda}_{\alpha\gamma} = g^{\lambda}_{\alpha\beta} \circ g^{\lambda}_{\beta\gamma} 每当α⩽β⩽γ\alpha \leqslant \beta \leqslant \gamma时,

这样(Eαλ,gαβλ)(\mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha}, g^{\lambda}_{\alpha\beta})相对于I来说是集合的逆系。让Fλ=lim⁡Eαλ\mathrm{F}^{\lambda} = \lim \mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha}表示它的逆极限。对于L中的固定λ⩽μ\lambda \leqslant \mu,从(11)得出映射的hαλμ=fααλμ:Eαμ→Eαλh^{\lambda\mu}_{\alpha} = f^{\lambda\mu}_{\alpha\alpha} : \mathrm{E}^{\mu}_{\alpha} \to \mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha}形式逆系,其逆极限我们用hλμ=lim⁡hαλμ:Fμ→Fλh^{\lambda\mu} = \lim h^{\lambda\mu}_{\alpha} : \mathrm{F}^{\mu} \to \mathrm{F}^{\lambda}表示。如果λ⩽μ⩽ν\lambda \leqslant \mu \leqslant \nu在L中,我们有

(13)

hλν=hλμ∘hμνh^{\lambda\nu} = h^{\lambda\mu} \circ h^{\mu\nu}

(no. 2,命题2,推论2);因此,相对于L,(Fλ,hλμ)(\mathrm{F}^{\lambda}, h^{\lambda\mu})是集合的逆系。令F=lim⁡Fλ\mathrm{F} = \lim \mathrm{F}^{\lambda}为其逆极限。我们将定义*规范的双射*F→E\mathrm{F} \to \mathrm{E}。为此,我们注 F 是∏λ∈LFλ\prod_{\lambda \in \mathrm{L}} \mathrm{F}^{\lambda} 的定义子集,Fλ\mathrm{F}^{\lambda} 是∏α∈IEαλ\prod_{\alpha \in \mathrm{I}} \mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha} 的子集;因此F可以被规范地识别为子集或∏(α,λ)∈I×LEαλ=G\prod_{(\alpha, \lambda) \in \mathrm{I} \times \mathrm{L}} \mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha} = \mathrm{G}(章II, § 5, no. 5,命题7)。对于每个 z∈Gz \in \mathrm{G},令 prλ(z)\mathrm{pr}^{\lambda}(z) 表示 ∏α∈IEαλ\prod_{\alpha \in \mathrm{I}} \mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha} 的元素 (prαλ(z))α∈I(\mathrm{pr}^{\lambda}_{\alpha}(z))_{\alpha \in \mathrm{I}}。那么 z∈Fz \in \mathrm{F} 当且仅当

(14) prλ(z)=hλμ(prμ(z))\qquad \mathrm{pr}^{\lambda}(z) = h^{\lambda\mu}(\mathrm{pr}^{\mu}(z)) 每当 λ⩽μ\lambda \leqslant \mu 在 L 时

和 prλ(z)∈Fλ\mathrm{pr}^{\lambda}(z) \in \mathrm{F}^{\lambda} 对于所有 λ∈L\lambda \in \mathrm{L};也就是说,每当 α⩽β\alpha \leqslant \beta 在 I 时,我们有

(15)

prαλ(z)=fαβλλ(prβλ(z)).\mathrm{pr}^{\lambda}_{\alpha}(z) = f^{\lambda\lambda}_{\alpha\beta}(\mathrm{pr}^{\lambda}_{\beta}(z)).

但是hλμ(prμ(z))=(fααμλ(prαμ(z))α∈Ih^{\lambda\mu}(\mathrm{pr}^{\mu}(z)) = (f^{\mu\lambda}_{\alpha\alpha}(\mathrm{pr}^{\mu}_{\alpha}(z))_{\alpha \in \mathrm{I}};因此,从 (14) 和 (15) 可以得出,如果 α⩽β\alpha \leqslant \beta 和 λ⩽μ\lambda \leqslant \mu,我们有

prαλ(z)=fααλμ(fαβμμ(prβμ(z)))=fαβλμ(prβμ(z)),\mathrm{pr}^{\lambda}_{\alpha}(z) = f^{\lambda\mu}_{\alpha\alpha}(f^{\mu\mu}_{\alpha\beta}(\mathrm{pr}^{\mu}_{\beta}(z))) = f^{\lambda\mu}_{\alpha\beta}(\mathrm{pr}^{\mu}_{\beta}(z)),

这意味着z∈Ez \in \mathrm{E}。 逆命题是显而易见的,因此我们证明了

命题 4 03OF

如果* (Eαλ,fαβλμ)(\mathrm{E}^\lambda_\alpha, f^{\lambda\mu}_{\alpha\beta}) 是集合的逆系相对于乘积 I×L\mathrm{I} \times \mathrm{L} *预购的集合,那么(直到规范的双射)我们有

被以下引用 2

被以下引用 推论 1, 推论 2

(16)lim←⁡α,λEαλ=lim←⁡λ  (lim←⁡αEαλ).(16) \qquad \varprojlim_{\alpha,\lambda} \mathrm{E}^\lambda_\alpha = \varprojlim_\lambda \; (\varprojlim_\alpha \mathrm{E}^\lambda_\alpha).

推论 1 03OG

设*(E′αλ,f′αβμλ)(\mathrm{{E}'}^\lambda_\alpha, {f'}^{\mu\lambda}_{\alpha\beta})*为集合的另一个逆系相对于*I×L\mathrm{I} \times \mathrm{L},*并且对于每个*(α,λ)∈I×L(\alpha, \lambda) \in \mathrm{I} \times \mathrm{L}*让*uαλu^\lambda_\alpha*为*Eαλ\mathrm{E}^\lambda_\alpha*的映射*到* E′αλ\mathrm{{E}'}^\lambda_\alpha*使得uαλu^\lambda_\alpha*形式逆系等于映射。然后

引用了 1

引用了 命题 4

(17)lim←⁡α,λuαλ=lim←⁡λ  (lim←⁡αuαλ).(17) \qquad \varprojlim_{\alpha,\lambda} u^\lambda_\alpha = \varprojlim_\lambda \; (\varprojlim_\alpha u^\lambda_\alpha).

验证与命题4类似。

推论 2 03OH

设*(Eαλ,fαβλ)λ∈L(\mathrm{E}^\lambda_\alpha, f^\lambda_{\alpha\beta})_{\lambda \in \mathrm{L}}*是逆系与集合相对于*I的家庭。 如果 ∏λ∈Lfαβλ\prod_{\lambda \in \mathrm{L}} f^\lambda_{\alpha\beta} 表示扩张至乘积 (章 II, § 5, no. 7, 定义 2) 属于映射 (fαβλ)λ∈L(f^\lambda_{\alpha\beta})_{\lambda \in \mathrm{L}} 的家族,*则* (∏λ∈LEαλ,∏λ∈Lfαβλ)\left( \prod_{\lambda \in \mathrm{L}} \mathrm{E}^\lambda_\alpha, \prod_{\lambda \in \mathrm{L}} f^\lambda_{\alpha\beta} \right) 是集合相对于 I的逆系,*并且(直到规范的双射)我们有

引用了 3 · 被以下引用 1

引用了 定义 2, II § 5, 例 1, 命题 4

被以下引用 引理 3, LIE IX Appendix 1

(18)lim←⁡α∏λ∈LEαλ=∏λ∈L(lim←⁡αEαλ).(18) \qquad \varprojlim_\alpha \prod_{\lambda \in \mathrm{L}} \mathrm{E}^\lambda_\alpha = \prod_{\lambda \in \mathrm{L}} (\varprojlim_\alpha \mathrm{E}^\lambda_\alpha).

考虑双逆系(Eαλ,gαβλμ)(\mathrm{E}^\lambda_\alpha, g^{\lambda\mu}_{\alpha\beta})相对于I×L\mathrm{I} \times \mathrm{L},其中L上的序关系是等式(no. 1、例1)和应用命题4。

4. 条件逆极限非空

在这个小节中,我们将给两个最常用的足够的条件,使逆极限非空(另见习题5)。

命题 5 03OI

设*(Eα,fαβ)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\alpha\beta})*是集合的逆系,相对于一个*有向*集合*I*,它有一个*可数*共尾子集,并进一步假设*fαβf_{\alpha\beta}*是*满射的。 然后,如果 E=lim←⁡Eα\mathrm{E} = \varprojlim \mathrm{E}_\alpha,*典范映射* fα:E→Eαf_\alpha : \mathrm{E} \to \mathrm{E}_\alpha 对于每个 α∈I\alpha \in \mathrm{I} 都是满射(并且,更不必说, E 不为空,前提是 Eα\mathrm{E}_\alpha *都不为空)。

引用了 1

引用了 命题 1

令(αn)(\alpha_n)为I的元素的序列,其中形式是I的并尾子集。由于I有向,对于i<ni < n和βn⩾αn\beta_n \geqslant \alpha_n,我们可以通过条件β0=α0,βn⩾βi\beta_0 = \alpha_0, \beta_n \geqslant \beta_i归纳出I的元素定义序列(βn)(\beta_n)。显然,序列(βn)(\beta_n)是递增,形式是I的并列子集。鉴于no. 1的命题1和α⩽βn\alpha \leqslant \beta_n的关系fα=fαβn∘fβnf_\alpha = f_{\alpha\beta_n} \circ f_{\beta_n},对于I=N\mathrm{I} = \mathbf{N}的情况,我们只需要证明命题即可。而且,显然只要证明f0f_0是满射即可。让x0∈E0x_0 \in \mathrm{E}_0。 定义xn∈Enx_n \in \mathrm{E}_n(对于n⩾1n \geqslant 1)归纳为集合f−1n−1,n(xn−1)\overset{-1}{f}_{n-1,n}(x_{n-1})的元素,这是可能的,因为后者集合与假设非空。然后我们通过n−mn - m上的归纳表明xm=fmn(xn)x_m = f_{mn}(x_n)对应于m⩽nm \leqslant n,并且由此得出x=(xn)x = (x_n)属于到E。

第二个标准涉及逆系(Eα,fαβ)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\alpha\beta})相对于指标集合I,这样对于每个α∈I\alpha \in \mathrm{I},我们给出集合Sα\mathfrak{S}_\alpha/子集Eα\mathrm{E}_\alpha,其中满足以下条件:

(i) 集合属于至Sα\mathfrak{S}_\alpha的每个交以及属于至Sα\mathfrak{S}_\alpha。

特别是(通过考虑空族的交)Eα∈Sα\mathrm{E}_\alpha \in \mathfrak{S}_\alpha。

(ii) 如果子集F⊂Sα\mathfrak{F} \subset \mathfrak{S}_\alpha的集合使得集合属于到F\mathfrak{F}的每个有限交非空,则⋂M∈FM\bigcap\limits_{\mathbf{M} \in \mathfrak{F}} \mathrm{M}非空。

鉴于(i),显然(ii)等价于以下条件:

(ii)′ 如果 G⊂Sα\mathfrak{G} \subset \mathfrak{S}_\alpha 是左有向的(相对于包含)并且不是包含空集,则 ⋂M∈GM\bigcap\limits_{\mathbf{M} \in \mathfrak{G}} \mathrm{M} 非空。

定理 1 03RQ

假设I是有向的,集合Sα\mathfrak{S}_\alpha满足条件*(i)*和*(ii),*并且逆系(Eα,fαβ)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\alpha\beta})具有以下属性:

引用了 2 · 被以下引用 2

引用了 推论 1, III § 2, 定理 2(“佐恩的引理”), III § 2

被以下引用 例 1, 注

(iii) 对于指标α\alpha、β\beta中的每个对,使得α⩽β\alpha \leqslant \beta,以及每个xα∈Eαx_\alpha \in \mathrm{E}_\alpha,我们有f−1αβ(xα)∈Sβ\overset{-1}{f}_{\alpha\beta}(x_\alpha) \in \mathfrak{S}_\beta。

(iv) 对于指标α\alpha、β\beta中的每个对,使得α⩽β\alpha \leqslant \beta,以及每个Mβ∈Sβ\mathrm{M}_\beta \in \mathfrak{S}_\beta,我们有fαβ(Mβ)∈Sαf_{\alpha\beta}(\mathrm{M}_\beta) \in \mathfrak{S}_\alpha。

对于每个α∈I\alpha \in \mathrm{I},令E=lim←⁡Eα\mathrm{E} = \varprojlim \mathrm{E}_\alpha和fα:E→Eαf_\alpha : \mathrm{E} \to \mathrm{E}_\alpha为典范映射。然后:

(a) 对于每个 α∈I\alpha \in \mathrm{I} 我们有

(19)fα(E)=⋂β⩾αfαβ(Eβ).(19) \qquad f_\alpha(\mathrm{E}) = \bigcap_{\beta \geqslant \alpha} f_{\alpha\beta}(\mathrm{E}_\beta).

(b) 如果对于每个 α∈I\alpha \in \mathrm{I} Eα\mathrm{E}_\alpha 非空,则 E 也非空。

令Σ\Sigma为家庭A=(Aα)α∈I\mathfrak{A} = (\mathrm{A}_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{I}}的集合,其中满足以下条件:

(20)Aα≠∅andAα∈Sαfor allα∈I;(20) \qquad \mathrm{A}_\alpha \neq \emptyset \quad \textit{and} \quad \mathrm{A}_\alpha \in \mathfrak{S}_\alpha \quad \textit{for all} \quad \alpha \in \mathrm{I};
(21)fαβ(Aβ)⊂Aαwheneverα⩽β.(21) \qquad f_{\alpha\beta}(\mathrm{A}_\beta) \subset \mathrm{A}_\alpha \quad \textit{whenever} \quad \alpha \leqslant \beta.

如果A=(Aα)\mathfrak{A} = (A_\alpha)和A′=(Aα′)\mathfrak{A}' = (A'_\alpha)是Σ\Sigma中的任意两个元素,则让关系A⩽A′\mathfrak{A} \leqslant \mathfrak{A}'意味着对于所有α\alpha来说Aα⊃Aα′A_\alpha \supset A'_\alpha。显然,Σ\Sigma 是按此关系“排序”的。

(1) 我们首先证明有序的集合 Σ\Sigma 是*归纳*的。令L为全序集,令λ→Aλ=(Aαλ)α∈I\lambda \to \mathfrak{A}^\lambda = (A^\lambda_\alpha)_{\alpha \in I}为L到Σ\Sigma的严格递增的映射。对于每个α∈I\alpha \in I,放入Bα=⋂λ∈LAαλB_\alpha = \bigcap_{\lambda \in L} A^\lambda_\alpha。那么立即可以看出家庭B=(Bα)α∈I\mathfrak{B} = (B_\alpha)_{\alpha \in I}满足(21);由于(i)和(ii),它也满足(20),因此属于到Σ\Sigma;显然,B\mathfrak{B}是Aλ\mathfrak{A}^\lambda的集合中的上界。

(2) 设 A=(Aα)\mathfrak{A} = (A_\alpha) 为 Σ\Sigma 的*极大* 元素。每当α⩽β\alpha \leqslant \beta时,我们都会证明Aα=fαβ(Aβ)A_\alpha = f_{\alpha\beta}(A_\beta)。让Aα′=⋂β⩾αfαβ(Aβ)A'_\alpha = \bigcap_{\beta \geqslant \alpha} f_{\alpha\beta}(A_\beta)代表所有α∈I\alpha \in I,并让我们证明A′=(Aα′)\mathfrak{A}' = (A'_\alpha)属于到Σ\Sigma。 注首先,如果α⩽β⩽γ\alpha \leqslant \beta \leqslant \gamma,我们通过 (21) 得到 fαγ(Aγ)=fαβ(fβγ(Aγ))⊂fαβ(Aβ)f_{\alpha\gamma}(A_\gamma) = f_{\alpha\beta}(f_{\beta\gamma}(A_\gamma)) \subset f_{\alpha\beta}(A_\beta);此外,fαβ(Aβ)∈Sαf_{\alpha\beta}(A_\beta) \in \mathfrak{S}_\alpha由(iv)计算,fαβ(Aβ)≠∅f_{\alpha\beta}(A_\beta) \neq \emptyset由(20)计算。因此条件(i)和(ii)表明A′\mathfrak{A}'满足(20)。另外,如果α⩽β\alpha \leqslant \beta,我们有

fαβ(Aβ′)⊂⋂γ⩾βfαβ(fβγ(Aγ))=⋂γ⩾βfαγ(Aγ);f_{\alpha\beta}(A'_\beta) \subset \bigcap_{\gamma \geqslant \beta} f_{\alpha\beta}(f_{\beta\gamma}(A_\gamma)) = \bigcap_{\gamma \geqslant \beta} f_{\alpha\gamma}(A_\gamma);

对于每个δ⩾α\delta \geqslant \alpha,都存在γ∈I\gamma \in I,使得γ⩾δ\gamma \geqslant \delta和γ⩾β\gamma \geqslant \beta,因而fαγ(Aγ)⊂fαδ(Aδ)f_{\alpha\gamma}(A_\gamma) \subset f_{\alpha\delta}(A_\delta),因而

⋂γ⩾βfαγ(Aγ)=⋂δ⩾αfαδ(Aδ)=Aα′.\bigcap_{\gamma \geqslant \beta} f_{\alpha\gamma}(A_\gamma) = \bigcap_{\delta \geqslant \alpha} f_{\alpha\delta}(A_\delta) = A'_\alpha.

因而 A′\mathfrak{A}' 满足 (21),因此属于到 Σ\Sigma。由于Aα′⊂AαA'_\alpha \subset A_\alpha对于所有α\alpha,Σ\Sigma中A\mathfrak{A}的最大值意味着A′=A\mathfrak{A}' = \mathfrak{A},并且我们的断言被证明。

(3) 接下来我们将确定,如果A=(Aα)\mathfrak{A} = (A_\alpha)是Σ\Sigma的*极大*元素,那么每个AαA_\alpha*都由单个元素*组成。让xα∈Aαx_\alpha \in A_\alpha。对于每个β⩾α\beta \geqslant \alpha,放入Bβ=Aβ∩f−1αβ(xα)B_\beta = A_\beta \cap \overset{-1}{f}_{\alpha\beta}(x_\alpha);如果β\beta不是⩾α\geqslant \alpha,则放入Bβ=AβB_\beta = A_\beta;那么我们将看到B=(Bβ)\mathfrak{B} = (B_\beta)属于到Σ\Sigma。如果β\beta不是⩾α\geqslant \alpha,则关系β⩽γ\beta \leqslant \gamma意味着fβγ(Bγ)⊂fβγ(Aγ)⊂Aβ=Bβf_{\beta\gamma}(B_\gamma) \subset f_{\beta\gamma}(A_\gamma) \subset A_\beta = B_\beta。另一方面,如果α⩽β⩽γ\alpha \leqslant \beta \leqslant \gamma,那么从那时起

f−1αγ(xα)=f−1βγ(f−1αβ(xα)),\overset{-1}{f}_{\alpha\gamma}(x_\alpha) = \overset{-1}{f}_{\beta\gamma}(\overset{-1}{f}_{\alpha\beta}(x_\alpha)),

我们有

fβγ(f−1αγ(xα))⊂f−1αβ(xα),f_{\beta\gamma}(\overset{-1}{f}_{\alpha\gamma}(x_\alpha)) \subset \overset{-1}{f}_{\alpha\beta}(x_\alpha),

从fβγ(Aγ)⊂Aβf_{\beta\gamma}(A_\gamma) \subset A_\beta开始,我们又得到了fβγ(Bγ)⊂Bβf_{\beta\gamma}(B_\gamma) \subset B_\beta,因此族B\mathfrak{B}满足(21)。由于Aα=fαβ(Aβ)A_\alpha = f_{\alpha\beta}(A_\beta)每当α⩽β\alpha \leqslant \beta乘以证明的部分(2),显然Bβ≠∅\mathrm{B}_\beta \neq \emptyset对于所有β∈I\beta \in \mathrm{I}。最后,根据 (i) 和 (iii),对于所有 β∈I\beta \in \mathrm{I},我们有 Bβ∈Sβ\mathrm{B}_\beta \in \mathfrak{S}_\beta,因此也有 B∈Σ\mathfrak{B} \in \Sigma。由于Bβ⊂Aβ\mathrm{B}_\beta \subset \mathrm{A}_\beta对于所有β∈I\beta \in \mathrm{I},A\mathfrak{A}的最大值意味着Bβ=Aβ\mathrm{B}_\beta = \mathrm{A}_\beta对于所有β\beta,特别是Aα={xα}\mathrm{A}_\alpha = \{x_\alpha\}。

(4) 我们现在可以证明定理 1。让我们从(a)开始。我们有

fα(E)⊂⋂β⩾αfαβ(Eβ).f_\alpha(\mathrm{E}) \subset \bigcap_{\beta \geqslant \alpha} f_{\alpha\beta}(\mathrm{E}_\beta).

相反,让

xα∈⋂β⩾αfαβ(Eβ),x_\alpha \in \bigcap_{\beta \geqslant \alpha} f_{\alpha\beta}(\mathrm{E}_\beta),

并把

Bβ=f−1αβ(xα)\mathrm{B}_\beta = \overset{-1}{f}_{\alpha\beta}(x_\alpha)

如果β⩾α\beta \geqslant \alpha,则Bβ=Eβ\mathrm{B}_\beta = \mathrm{E}_\beta。到 xαx_\alpha 的定义时,Bβ\mathrm{B}_\beta 非空,并且凭借 (iii) 和 (i),我们对所有 β∈I\beta \in \mathrm{I} 拥有 Bβ∈Sβ\mathrm{B}_\beta \in \mathfrak{S}_\beta;此外,很明显,每当β⩽γ\beta \leqslant \gamma时,fβγ(Bγ)⊂Bβf_{\beta\gamma}(\mathrm{B}_\gamma) \subset \mathrm{B}_\beta。因此B=(Bβ)∈Σ\mathfrak{B} = (\mathrm{B}_\beta) \in \Sigma。令A=(Aα)\mathfrak{A} = (\mathrm{A}_\alpha)为Σ\Sigma的极大元素,使得A⩾B\mathfrak{A} \geqslant \mathfrak{B}(A\mathfrak{A}的存在性由(1)和§2, no. 4、定理2得出,推论1)。由于根据 (3),对于所有 β∈I\beta \in \mathrm{I},Aβ\mathrm{A}_\beta 是形式 {yβ}\{y_\beta\},因此,y=(yβ)y = (y_\beta) 属于到 E,以及 fα(y)=yα=xαf_\alpha(y) = y_\alpha = x_\alpha 定义。

最后,(a) 暗示(b)。我们不妨假设I不为空(否则没有什么可证明的)。 假设 Eα\mathrm{E}_\alpha 非空意味着 fαβ(Eβ)≠∅f_{\alpha\beta}(\mathrm{E}_\beta) \neq \emptyset 对于所有 β⩾α\beta \geqslant \alpha。由于fαβ(Eβ)f_{\alpha\beta}(\mathrm{E}_\beta),对于固定α\alpha和可变β⩾α\beta \geqslant \alpha,形式Eα\mathrm{E}_\alpha属于的子集左有向集合到Sα\mathfrak{S}_\alpha,条件 (ii)′'证明那个

⋂β⩾αfαβ(Eβ)≠∅.\bigcap_{\beta \geqslant \alpha} f_{\alpha\beta}(\mathrm{E}_\beta) \neq \emptyset.

因此 (a) 为 fα(E)≠∅f_\alpha(\mathrm{E}) \neq \emptyset,并且 更不必说 E≠∅\mathrm{E} \neq \emptyset。 Q.E.D.

注 03OJ

假设定理 1 中的条件 (iii) 被以下较弱的条件替换:

(iii)′' 对于每个 α∈I\alpha \in \mathrm{I} 和每个非空集合 Mα∈Sα\mathrm{M}_\alpha \in \mathfrak{S}_\alpha 存在 xα∈Mαx_\alpha \in \mathrm{M}_\alpha 使得 f−1αβ(xα)∈Sβ\overset{-1}{f}_{\alpha\beta}(x_\alpha) \in \mathfrak{S}_\beta 对于每个 β⩾α\beta \geqslant \alpha。

那么定理1的结论(b)仍然成立; 部分 (1) 的证明和定理 1 的 (2) 保持不变,并且部分 (3) 的证明仍然有效,前提是我们小心地采用 xα∈Aαx_\alpha \in \mathrm{A}_\alpha,使得 f−1αβ(xα)\overset{-1}{f}_{\alpha\beta}(x_\alpha) 属于到 Sβ\mathfrak{S}_\beta 对于所有β⩾α\beta \geqslant \alpha。最后,(4) 的证明表明,如果

⋂β⩾αfαβ(Eβ)≠∅\bigcap_{\beta \geqslant \alpha} f_{\alpha\beta}(\mathrm{E}_\beta) \neq \emptyset

如果我们在这个集合中选择一个xαx_\alpha,使得f−1αβ(xα)∈Sβ\overset{-1}{f}_{\alpha\beta}(x_\alpha) \in \mathfrak{S}_\beta每当β⩾α\beta \geqslant \alpha时,都存在y∈Ey \in E使得fα(y)=xαf_\alpha(y) = x_\alpha,这证明了我们的断言。

例

引用了 1

引用了 定理 1

例 1 03TK

如果EαE_\alpha是*有限*集合,则可以通过将Sα\mathfrak{S}_\alpha取为EαE_\alpha的*所有*子集的集合来应用定理1。 \* 这个例在*一般拓扑*中被推广到其中EαE_\alpha是*紧凑*拓扑空间、fαβf_{\alpha\beta}*连续*映射、以及*封闭*子集的Sα\mathfrak{S}_\alpha集合的情况EαE_\alpha(*一般拓扑*、章I, § 9, no. 6)。 \

引用了 2

引用了 定理 1, TG I § 9. 紧凑空间和局部紧凑空间

例 2 03TL

\* 设 A 为环和单位元素,对于每个 α∈I\alpha \in I,令 TαT_\alpha 为 阿廷的 左A-模。令EαE_\alpha为TαT_\alpha的*同质空间*,TαT_\alpha忠实地在其上运行(因此EαE_\alpha是附加到TαT_\alpha的*仿射空间*)。对于 β⩾α\beta \geqslant \alpha,假设 fαβ:Eβ→Eαf_{\alpha\beta} : E_\beta \to E_\alpha 是*仿射映射*。取Sα\mathfrak{S}_\alpha为空集的集合由……组成以及EαE_\alpha中的*仿射线性簇*。那么条件 (i) 是平凡满足的,并且 (ii) 由TαT_\alpha 是阿廷的的事实得出;因为这意味着在集合的有限交集合 M∈FM \in \mathfrak{F} 中存在最小元素,并且这个最小元素必须等于 ⋂M∈FM\bigcap_{M \in \mathfrak{F}} M。最后,由于 fαβf_{\alpha\beta} 是仿射的,条件 (iii) 和 (iv) 是简单满足的。 \

5. 直极限

令I为(*右*)*定向*预排序的集合,并让(Eα)α∈I(E_\alpha)_{\alpha \in I}为由I索引的集合族。对于I的元素的每个对(α,β)(\alpha, \beta)使得α⩽β\alpha \leqslant \beta,令fβαf_{\beta\alpha}是*EαE_\alpha*到*EβE_\beta的*映射。假设 fβαf_{\beta\alpha} 满足以下条件 :

(LII_\mathrm{I}) 关系 α⩽β⩽γ\alpha \leqslant \beta \leqslant \gamma 暗示 fγα=fγβ∘fβαf_{\gamma\alpha} = f_{\gamma\beta} \circ f_{\beta\alpha}。 (LIII_\mathrm{II}) 对于每个 α∈I,fαα\alpha \in I, f_{\alpha\alpha} 是 EαE_\alpha 的恒等映射。

Let G be the set which is the sum of the family of sets (Eα)α∈I(E_\alpha)_{\alpha \in I} (Chapter II, § 4, no. 8); by abuse of language, we shall identify the EαE_\alpha with their canonical images in G, and for each x∈Gx \in G we shall denote by λ(x)\lambda(x) the unique index α∈I\alpha \in I such that x∈Eαx \in E_\alpha. 让R{x,y}R\{x, y\}表示G的两个元素、xx、yy之间的关系:“存在元素γ∈I\gamma \in I使得γ⩾α=λ(x)\gamma \geqslant \alpha = \lambda(x)和γ⩾β=λ(y)\gamma \geqslant \beta = \lambda(y)对于fγα(x)=fγβ(y)f_{\gamma\alpha}(x) = f_{\gamma\beta}(y)”。 那么 R 是 *G 上的 *等价关系。 显然,R 在 G 上是自反且对称的。 为了证明 R 是传递性的,设x∈Eα,y∈Eβ,z∈Eγx \in E_\alpha, y \in E_\beta, z \in E_\gamma,并假设存在λ∈I\lambda \in I使得λ⩾α\lambda \geqslant \alpha、λ⩾β\lambda \geqslant \beta和fλα(x)=fλβ(y)f_{\lambda\alpha}(x) = f_{\lambda\beta}(y),以及μ∈I\mu \in I使得μ⩾β\mu \geqslant \beta、μ⩾γ\mu \geqslant \gamma和fμβ(y)=fμγ(z)f_{\mu\beta}(y) = f_{\mu\gamma}(z)。 由于I是有向集合,因此存在ν∈I\nu \in I使得ν⩾λ\nu \geqslant \lambda和ν⩾μ\nu \geqslant \mu;

到 (LII)(\mathrm{LI_I}) 我们就有

fνα(x)=fνλ(fλα(x))=fνλ(fλβ(y))=fνβ(y)f_{\nu\alpha}(x) = f_{\nu\lambda}(f_{\lambda\alpha}(x)) = f_{\nu\lambda}(f_{\lambda\beta}(y)) = f_{\nu\beta}(y)
=fνμ(fμβ(y))=fνμ(fμγ(z))=fνγ(z),= f_{\nu\mu}(f_{\mu\beta}(y)) = f_{\nu\mu}(f_{\mu\gamma}(z)) = f_{\nu\gamma}(z),

这就建立了我们的断言。 商集 E=G/R\mathrm{E} = \mathrm{G/R} 相对于映射* (fβα)(f_{\beta\alpha}) 的家族被称为 直极限家族 (Eα)α∈I(\mathrm{E}_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{I}} ,并写作 E=lim→⁡(Eα,fβα)\mathrm{E} = \varinjlim (\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}),或在不存在歧义的情况下简称为 E=lim→⁡Eα\mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha。通过滥用语言,对((Eα),(fβα))((\mathrm{E}_\alpha), (f_{\beta\alpha}))(通常写作(Eα,fβα)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}))被称为集合的*直接系统,相对于有向集合I。

¶ 显然,只要 Eα\mathrm{E}_\alpha 中至少有一个不为空,E 就不为空。我们用G的典范映射ff的fαf_\alpha限制到Eα\mathrm{E}_\alpha到E=G/R\mathrm{E} = \mathrm{G/R}来表示; fαf_\alpha 被称为 Eα\mathrm{E}_\alpha 到 E 中的*典范映射*。如果α⩽β\alpha \leqslant \beta,我们有关系

(22)

fβ∘fβα=fαf_\beta \circ f_{\beta\alpha} = f_\alpha

因为对于每个x∈Eαx \in \mathrm{E}_\alpha,我们有fββ(fβα(x))=fβα(x)f_{\beta\beta}(f_{\beta\alpha}(x)) = f_{\beta\alpha}(x)乘以(LII)(\mathrm{LI_I});因此元素 x∈Eαx \in \mathrm{E}_\alpha 和 fβα(x)∈Eβf_{\beta\alpha}(x) \in \mathrm{E}_\beta 是全等的 mod R。

例

例 1 03TM

设A,B为两个集合,并令(Vα)α∈I(\mathrm{V}_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{I}}为A的子集族,其指标集合I是有向的,并且使得关系α⩽β\alpha \leqslant \beta蕴涵Vβ⊂Vα\mathrm{V}_\beta \subset \mathrm{V}_\alpha。让Eα\mathrm{E}_\alpha表示B中Vα\mathrm{V}_\alpha的所有映射的集合,并且对于指标(α,β)(\alpha, \beta)的每个对,使得α⩽β\alpha \leqslant \beta让fβαf_{\beta\alpha}成为Eα\mathrm{E}_\alpha的映射进入Eβ\mathrm{E}_\beta 将每个函数 u∈Eαu \in \mathrm{E}_\alpha 发送到其 限制 到 Vβ\mathrm{V}_\beta。显然,条件(LII)(\mathrm{LI_I})和(LIII)(\mathrm{LI_{II}})满足,集合E=lim→⁡Eα\mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha被称为Vα\mathrm{V}_\alpha的映射**菌的集合进入B。\*最常见的情况是(Vα)(\mathrm{V}_\alpha)是拓扑空间 A 的子集 邻域(*一般拓扑*、章 I, §6, no. 10)。 \

引用了 1

引用了 TG I § 6. 过滤器

例 2 03TN

假设对于每个 α∈I\alpha \in \mathrm{I},Eα\mathrm{E}_\alpha 都是相同的集合 F,并且无论何时 α⩽β\alpha \leqslant \beta,fβαf_{\beta\alpha} 都是 F 自身的恒等映射。那么存在lim→⁡Eα\varinjlim \mathrm{E}_\alpha到F的*规范双射*。在序到定义lim→⁡Eα\varinjlim \mathrm{E}_\alpha,我们必须形式集合G,这是(Eα)(\mathrm{E}_\alpha)族的和;因此,G 是相互不相交的集合的(Gα)(\mathrm{G}_\alpha)族的并,并且对于每个α∈I\alpha \in \mathrm{I},都有一个规范的双射hα:F→Gαh_\alpha : \mathrm{F} \to \mathrm{G}_\alpha。接下来我们要考虑 G 相应的到划分 (Py)y∈F(\mathrm{P}_y)_{y \in \mathrm{F}} 上的等价关系 R,其中 Py\mathrm{P}_y 是所有 hα(y)h_\alpha(y) 的集合,因为 α\alpha 穿过 I。显然,y→Pyy \to \mathrm{P}_y 是双射,其逆是双射。我们将通过这个规范的双射将认同F与lim→⁡Eα\varinjlim \mathrm{E}_\alpha进行组合。

被以下引用 1

被以下引用 注

引理 1 03OK

设*(Eα,fβα)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha})*为集合的直接系统,*E=lim→⁡Eα\mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha*其直极限,并且对于每个*α∈I\alpha \in \mathrm{I}*让*fα ⁣:Eα→Ef_\alpha \colon \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{E}*典范映射。

被以下引用 11

被以下引用 推论, A II § 6, 命题 5, A II § 6, 命题 7, A II § 6, 推论 4, A II § 6, 命题 26, A II § 7, § 7. 逆极限和直极限, 推论, 命题 10, 命题 6, 命题 7, 命题 8

(i) 令 (x(i))1⩽i⩽n(x^{(i)})_{1 \leqslant i \leqslant n} 为 E 的元素的有限系统。 则存在 α∈I\alpha \in I 和 EαE_\alpha 的元素的有限系统 (xα(i))1⩽i⩽n(x_\alpha^{(i)})_{1 \leqslant i \leqslant n} 这样 x(i)=fα(xα(i))x^{(i)} = f_\alpha(x_\alpha^{(i)})*对于*1⩽i⩽n1 \leqslant i \leqslant n。

(ii) 设 (yα(i))1⩽i⩽n(y_\alpha^{(i)})_{1 \leqslant i \leqslant n} 为某些 EαE_\alpha 的元素的有限系统。 如果fα(yα(i))=fα(yα(j))f_\alpha(y_\alpha^{(i)}) = f_\alpha(y_\alpha^{(j)})*对于指标*(i,j)(i, j)的每个对,*则存在*β⩾α\beta \geqslant \alpha*使得*fβα(yα(i))=fβα(yα(j))f_{\beta\alpha}(y_\alpha^{(i)}) = f_{\beta\alpha}(y_\alpha^{(j)})*对于每个对*(i,j)(i, j)。

(i) 通过 E 的定义,每个 ii 指标 βi∈I\beta_i \in I 和元素 zβi∈Eβiz_{\beta_i} \in E_{\beta_i} 都存在x(i)=fβi(zβi)x^{(i)} = f_{\beta_i}(z_{\beta_i})。取α\alpha,使得α⩾βi\alpha \geqslant \beta_i代表1⩽i⩽n1 \leqslant i \leqslant n,以及xα(i)=fαβi(zβi)x_\alpha^{(i)} = f_{\alpha\beta_i}(z_{\beta_i})。

(ii) 通过 E 的定义,对于每个对(i,j)(i, j),存在γij∈I\gamma_{ij} \in I,使得γij⩾α\gamma_{ij} \geqslant \alpha和fγijα(yα(i))=fγijα(yα(j))f_{\gamma_{ij}\alpha}(y_\alpha^{(i)}) = f_{\gamma_{ij}\alpha}(y_\alpha^{(j)})。采用 β\beta 使得 β⩾γij\beta \geqslant \gamma_{ij} 对于所有对 (i,j)(i, j),并使用关系 fβα=fβγij∘fγijαf_{\beta\alpha} = f_{\beta\gamma_{ij}} \circ f_{\gamma_{ij}\alpha}。

6. 直接系统 / 映射

命题 6 03RR

设*I*为有向集合,让*(Eα,fβα)(E_\alpha, f_{\beta\alpha})*为集合相对于*I的直接系统,*让*E=lim→⁡EαE = \varinjlim E_\alpha*为直极限,并且对于每个*α∈I\alpha \in I*让

引用了 3 · 被以下引用 8

引用了 命题 8, II § 4, II § 6. 等价关系, 引理 1

被以下引用 命题 2, A I § 10, § 7. 逆极限和直极限, 注, 注, 命题 10, 推论 1, 命题 7, 命题 8

fα:Eα→Ef_\alpha : E_\alpha \to E

为典范映射。对于每个 α∈I\alpha \in I,*让* uαu_\alpha 成为 EαE_\alpha *的映射 进入集合 F 这样

(23)

uβ∘fβα=uαwhenever α⩽β.u_\beta \circ f_{\beta\alpha} = u_\alpha \qquad \textit{whenever } \alpha \leqslant \beta.

然后:

(a) 存在唯一映射 uu *E 进入 F 这样

(24)

uα=u∘fαfor all α∈I.u_\alpha = u \circ f_\alpha \qquad \textit{for all } \alpha \in I.

(b) uu 是满射当且仅当 F 是并 of 集合 uα(Eα)u_\alpha(E_\alpha)。

(c) uu 是单射当且仅当对于每个 α∈I\alpha \in I 关系 x∈Eαx \in E_\alpha、y∈Eαy \in E_\alpha、uα(x)=uα(y)u_\alpha(x) = u_\alpha(y) 意味着存在 β⩾α\beta \geqslant \alpha 使得 fβα(x)=fβα(y)f_{\beta\alpha}(x) = f_{\beta\alpha}(y)。

(a) 对于no. 5的记号,令vv为G到F中的映射,对于每个α∈I\alpha \in I(章II, § 4, no. 7,命题8),它与EαE_\alpha上的uαu_\alpha一致。 假设意味着vv 与等价关系 R 相容的(章 II, § 6, no. 5);因此,F 中存在 E=G/RE = G/R 的唯一映射 uu,使得 v=u∘fv = u \circ f (loc.cit.)。

(b) 由于 E 是 fα(Eα)f_\alpha(E_\alpha) 的并,因此关系 F=⋃α∈Iuα(Eα)F = \bigcup_{\alpha \in I} u_\alpha(E_\alpha) 显然对于uu 是满射而言是充分必要的。

(c) 通过no. 5的引理 1,E\mathbf{E}的任何两个元素总是可以写成形式fα(x)f_\alpha(x)和fα(y)f_\alpha(y),其中x∈Eαx \in \mathrm{E}_\alpha和y∈Eαy \in \mathrm{E}_\alpha,对于合适的选择 α∈I\alpha \in \mathrm{I}。从引理还可以得出,关系fα(x)=fα(y)f_\alpha(x) = f_\alpha(y)等价于β⩾α\beta \geqslant \alpha的存在,使得fβα(x)=fβα(y)f_{\beta\alpha}(x) = f_{\beta\alpha}(y)。从uα(x)=u(fα(x))u_\alpha(x) = u(f_\alpha(x))和uα(y)=u(fα(y))u_\alpha(y) = u(f_\alpha(y))开始,这完成了证明。

¶ 如果映射 uu 是*双射的*,则有时通过滥用语言表示,F 是(Eα)(\mathrm{E}_\alpha) 家族的直极限。

注 03OL

假设映射 fβαf_{\beta\alpha} 中的每一个都是*内射*。那么每个fαf_\alpha都是*单射的*,通过关系R的定义。在这种情况下,我们通常认同Eα\mathrm{E}_\alpha和fα(Eα)f_\alpha(\mathrm{E}_\alpha),因此将E视为Eα\mathrm{E}_\alpha的*并*。相反,令(Fα)α∈I(\mathrm{F}_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{I}}为集合F的子集的递增族,并假设F是该族的*并*。如果jβαj_{\beta\alpha}将Fα\mathrm{F}_\alpha的典范嵌入表示为α⩽β\alpha \leqslant \beta的Fβ\mathrm{F}_\beta,那么从命题6可以得出认同F与Fα\mathrm{F}_\alpha家族的直极限F关于映射的家族对于每个α∈I\alpha \in \mathrm{I},将(jβα)(j_{\beta\alpha})和Fα\mathrm{F}_\alpha的典范映射转换为lim→⁡Fα\varinjlim \mathrm{F}_\alpha,将Fα\mathrm{F}_\alpha的典范嵌入转换为F。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 6

被以下引用 注, A II § 6

推论 1 03RS

令*(Eα,fβα)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha})*和*(Fα,gβα)(\mathrm{F}_\alpha, g_{\beta\alpha})*为集合中的两个直接系统相对于相同的指标集合*I; 让 E=lim→⁡Eα\mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha,F=lim→⁡Fα\mathrm{F} = \varinjlim \mathrm{F}_\alpha,*并且对于每个* α∈I\alpha \in \mathrm{I} 让 fαf_\alpha(*分别* gαg_\alpha)*成为* Eα\mathrm{E}_\alpha(*分别* Fα\mathrm{F}_\alpha)的典范映射*进入* E(*分别* F)。 对于每个 α∈I\alpha \in \mathrm{I} 让 uαu_\alpha 成为 Eα\mathrm{E}_\alpha *的映射 进入 Fα\mathrm{F}_\alpha 这样,每当 α⩽β\alpha \leqslant \beta,*图表

引用了 1

引用了 命题 6

Eα⟶uαFαfβα↓↓gβαEβ⟶uβFβ\begin{array}{ccc} \mathrm{E}_\alpha & \overset{u_\alpha}{\longrightarrow} & \mathrm{F}_\alpha \\ {\scriptstyle f_{\beta\alpha}}\big\downarrow & & \big\downarrow{\scriptstyle g_{\beta\alpha}} \\ \mathrm{E}_\beta & \underset{u_\beta}{\longrightarrow} & \mathrm{F}_\beta \end{array}

* 是可交换的。那么存在唯一映射* u:E→Fu : \mathrm{E} \rightarrow \mathrm{F} 这样,对于每个 α∈I\alpha \in \mathrm{I},*图表*

Eα⟶uαFαfα↓↓gαE⟶uF\begin{array}{ccc} \mathrm{E}_\alpha & \overset{u_\alpha}{\longrightarrow} & \mathrm{F}_\alpha \\ {\scriptstyle f_\alpha}\big\downarrow & & \big\downarrow{\scriptstyle g_\alpha} \\ \mathrm{E} & \underset{u}{\longrightarrow} & \mathrm{F} \end{array}

是可交换的。

把vα=gα∘uαv_\alpha = g_\alpha \circ u_\alpha。如果 α⩽β\alpha \leqslant \beta,则由 (22) 我们有

vβ∘fβα=gβ∘uβ∘fβα=gβ∘gβα∘uα=gα∘uα=vα.v_\beta \circ f_{\beta\alpha} = g_\beta \circ u_\beta \circ f_{\beta\alpha} = g_\beta \circ g_{\beta\alpha} \circ u_\alpha = g_\alpha \circ u_\alpha = v_\alpha.

因此,我们可以应用命题 6 到映射 vαv_\alpha,从而映射 u:E→Fu : \mathrm{E} \to \mathrm{F} 的存在和唯一性使得

u∘fα=vα=gα∘uαu \circ f_\alpha = v_\alpha = g_\alpha \circ u_\alpha

对于所有α∈I\alpha \in \mathrm{I}。

¶ 满足推论 1 的条件的映射 uα:Eα→Fαu_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{F}_\alpha 族称为 (Eα,fβα)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}) 的映射* 的 直接系统到 (Fα,gβα)(\mathrm{F}_\alpha, g_{\beta\alpha})。推论1中定义的映射被称为(uα)(u_\alpha)族的直极限*,并且在不存在歧义的情况下写作u=lim→⁡uαu = \varinjlim u_\alpha。

推论 2 03RT

令*(Eα,fβα)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha})、(Fα,gβα)(\mathrm{F}_\alpha, g_{\beta\alpha})、(Gα,hβα)(\mathrm{G}_\alpha, h_{\beta\alpha})*为集合相对于*I的三个直接系统。 令 E=lim→⁡Eα\mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha、F=lim→⁡Fα\mathrm{F} = \varinjlim \mathrm{F}_\alpha、G=lim→⁡Gα\mathrm{G} = \varinjlim \mathrm{G}_\alpha、*并令* fαf_\alpha (分别 gαg_\alpha、hαh_\alpha*)为* Eα\mathrm{E}_\alpha (分别 Fα\mathrm{F}_\alpha、Gα\mathrm{G}_\alpha*)的典范映射* E (分别 F、G*)。如果*(uα)(u_\alpha)*和*(vα)(v_\alpha)*是映射*uα:Eα→Fαu_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{F}_\alpha、vα:Fα→Gαv_\alpha : \mathrm{F}_\alpha \to \mathrm{G}_\alpha中的两个直接系统,*则映射中的映射*vα∘uα:Eα→Gαv_\alpha \circ u_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{G}_\alpha*形式直接系统,我们有

被以下引用 1

被以下引用 § 7. 逆极限和直极限

(25)

lim→⁡(vα∘uα)=(lim→⁡vα)∘(lim→⁡uα).\varinjlim (v_\alpha \circ u_\alpha) = (\varinjlim v_\alpha) \circ (\varinjlim u_\alpha).

因为如果我们输入wα=vα∘uαw_\alpha = v_\alpha \circ u_\alpha,那么对于α⩽β\alpha \leqslant \beta,我们有

hβα∘wα=(hβα∘vα)∘uα=(vβ∘gβα)∘uα=vβ∘(uβ∘fβα)=wβ∘fβα,h_{\beta\alpha} \circ w_\alpha = (h_{\beta\alpha} \circ v_\alpha) \circ u_\alpha = (v_\beta \circ g_{\beta\alpha}) \circ u_\alpha = v_\beta \circ (u_\beta \circ f_{\beta\alpha}) = w_\beta \circ f_{\beta\alpha},

这表明 (wα)(w_\alpha) 是映射的直接系统。此外,如果 u=lim→⁡uαu = \varinjlim u_\alpha 和 v=lim→⁡vαv = \varinjlim v_\alpha,那么对于所有 α∈I\alpha \in \mathrm{I} 我们有

(v∘u)∘fα=v∘(gα∘uα)=hα∘(vα∘uα),(v \circ u) \circ f_\alpha = v \circ (g_\alpha \circ u_\alpha) = h_\alpha \circ (v_\alpha \circ u_\alpha),

凭借直极限的唯一性,我们有v∘u=lim→⁡wαv \circ u = \varinjlim w_\alpha。

命题 7 03RU

令*(Eα,fβα)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha})*和*(Eα′,fβα′)(\mathrm{E}'_\alpha, f'_{\beta\alpha})*为集合的两个直接系统相对于*I,*并且对于每个*α∈I\alpha \in \mathrm{I}*让*uαu_\alpha*为*Eα\mathrm{E}_\alpha*的映射*到* Eα′\mathrm{E}'_\alpha*使得映射的*uαu_\alpha*形式直接系统。让*u=lim→⁡uαu = \varinjlim u_\alpha。 如果每个 uαu_\alpha 是单射(或*满射*)*则* uu 是单射(或*满射*)。

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 引理 1, 命题 6

被以下引用 推论

令E=lim→⁡Eα\mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha、E′=lim→⁡Eα′\mathrm{E}' = \varinjlim \mathrm{E}'_\alpha,并令fα:Eα→Ef_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{E}、fα′:Eα′→E′f'_\alpha : \mathrm{E}'_\alpha \to \mathrm{E}'为典范映射。假设每个 uαu_\alpha 都是单射的。为了证明uu是单射的,通过命题6,验证如果x∈Eαx \in \mathrm{E}_\alpha和y∈Eαy \in \mathrm{E}_\alpha使得fα′(uα(x))=fα′(uα(y))f'_\alpha(u_\alpha(x)) = f'_\alpha(u_\alpha(y)),那么存在β⩾α\beta \geqslant \alpha使得fβα(x)=fβα(y)f_{\beta\alpha}(x) = f_{\beta\alpha}(y)。现在假设意味着 (no. 6, 引理 1) 存在 β⩾α\beta \geqslant \alpha 使得

fβα′(uα(x))=fβα′(uα(y)),i.e.,uβ(fβα(x))=uβ(fβα(y)),f'_{\beta\alpha}(u_\alpha(x)) = f'_{\beta\alpha}(u_\alpha(y)), \qquad \text{i.e.,} \qquad u_\beta(f_{\beta\alpha}(x)) = u_\beta(f_{\beta\alpha}(y)),

因此 fβα(x)=fβα(y)f_{\beta\alpha}(x) = f_{\beta\alpha}(y) 因为 uβu_\beta 是单射的。

现在假设 uαu_\alpha 是满射的。然后我们有

E′=⋃αfα′(Eα′)=⋃αfα′(uα(Eα))=⋃αu(fα(Eα))=u(⋃αfα(Eα))=u(E).\mathrm{E}' = \bigcup_\alpha f'_\alpha(\mathrm{E}'_\alpha) = \bigcup_\alpha f'_\alpha(u_\alpha(\mathrm{E}_\alpha)) = \bigcup_\alpha u(f_\alpha(\mathrm{E}_\alpha)) = u\Big(\bigcup_\alpha f_\alpha(\mathrm{E}_\alpha)\Big) = u(\mathrm{E}).

当记号为命题7时,对于每个α∈I\alpha \in \mathrm{I},令Mα\mathrm{M}_\alpha为Eα\mathrm{E}_\alpha的子集;如果每当 α⩽β\alpha \leqslant \beta 时我们就有 fβα(Mα)∈Mβf_{\beta\alpha}(\mathrm{M}_\alpha) \in \mathrm{M}_\beta,则(Mα)α∈I(\mathrm{M}_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{I}} 家庭被称为是* Eα\mathrm{E}_\alpha 的子集的 直接系统。设gβαg_{\beta\alpha}(其中α⩽β\alpha \leqslant \beta)为Mα\mathrm{M}_\alpha到Mβ\mathrm{M}_\beta的映射,其图形与fβαf_{\beta\alpha}到Mα\mathrm{M}_\alpha的限制的图形相同。那么显然(Mα,gβα)(\mathrm{M}_\alpha, g_{\beta\alpha})是集合的直接系统; 命题 7,应用于典范嵌入jα:Mα→Eαj_\alpha : \mathrm{M}_\alpha \to \mathrm{E}_\alpha,允许我们通过单射j=lim→⁡jαj = \varinjlim j_\alpha认同*M=lim→⁡Mα\mathrm{M} = \varinjlim \mathrm{M}_\alpha与E的子集。

推论 03ON

设*(Eα,fβα)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha})*和*(Eα′,fβα′)(\mathrm{E}'_\alpha, f'_{\beta\alpha})*为集合之二直接系统,令*(uα)(u_\alpha)*为映射*uα:Eα→Eα′u_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{E}'_\alpha直接系统,*且令*u=lim→⁡uαu = \varinjlim u_\alpha。

(i) 令(Mα)(\mathrm{M}_\alpha)*为*Eα\mathrm{E}_\alpha的子集直接系统。 那么(uα(Mα))(u_\alpha(\mathrm{M}_\alpha))*是*Eα′\mathrm{E}'_\alpha的子集直接系统,*我们有

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 命题 7, 引理 1

被以下引用 命题 3, A II § 6

(26)

lim→⁡uα(Mα)=u (lim→⁡Mα).\varinjlim u_\alpha(\mathrm{M}_\alpha) = u\,(\varinjlim \mathrm{M}_\alpha).

(ii) 让 (aα′)α∈I(a'_\alpha)_{\alpha \in \mathbf{I}} 成为一个家庭,使得 aα′∈Eα′a'_\alpha \in \mathrm{E}'_\alpha 对于每个 α∈I\alpha \in \mathrm{I} 和 fβα′(aα′)=aβ′f'_{\beta\alpha}(a'_\alpha) = a'_\beta 每当 α⩽β\alpha \leqslant \beta。 然后 Eα\mathrm{E}_\alpha 子集集合* u−1α(aα′)\overset{-1}{u}_\alpha(a'_\alpha) 形式直接系统,我们有*

(27)

lim→⁡u−1α(aα′)=u−1(a′),\varinjlim \overset{-1}{u}_\alpha(a'_\alpha) = \overset{-1}{u}(a'),

其中a′a'*是*lim→⁡Eα′\varinjlim \mathrm{E}'_\alpha的唯一元素*对于每个*α∈I\alpha \in \mathrm{I},这是*aα′a'_\alpha的典范像。

(i) 显然,Eα′\mathrm{E}'_\alpha的子集有uα(Mα)u_\alpha(\mathrm{M}_\alpha)形式直接系统,我们可以写成uα(Mα)=vα(Mα)u_\alpha(\mathrm{M}_\alpha) = v_\alpha(\mathrm{M}_\alpha),其中vαv_\alpha是Mα\mathrm{M}_\alpha的映射到uα(Mα)u_\alpha(\mathrm{M}_\alpha),其图形与限制 uαu_\alpha 至 Mα\mathrm{M}_\alpha。然后从命题 7 可以得出公式 (26),因为 vαv_\alpha 是满射的。

(ii) 设 Nα=u−1α(aα′)\mathrm{N}_\alpha = \overset{-1}{u}_\alpha(a'_\alpha)。如果α⩽β\alpha \leqslant \beta和xα∈Nαx_\alpha \in \mathrm{N}_\alpha,那么

uβ(fβα(xα))=fβα′(uα(xα)=fβα′(aα′)=aβ′;u_\beta(f_{\beta\alpha}(x_\alpha)) = f'_{\beta\alpha}(u_\alpha(x_\alpha) = f'_{\beta\alpha}(a'_\alpha) = a'_\beta;

因而fβα(xα)∈Nβf_{\beta\alpha}(x_\alpha) \in \mathrm{N}_\beta,Nα\mathrm{N}_\alpha因而Eα\mathrm{E}_\alpha的形式直接系统或子集。当记号证明命题 7 时,考虑元素 x∈lim→⁡Nαx \in \varinjlim \mathrm{N}_\alpha。存在α∈I\alpha \in \mathrm{I}和xα∈Nαx_\alpha \in \mathrm{N}_\alpha使得x=fα(xα)x = f_\alpha(x_\alpha),从而u(x)=u(fα(xα))=fα′(uα(xα))=fα′(aα′)=a′u(x) = u(f_\alpha(x_\alpha)) = f'_\alpha(u_\alpha(x_\alpha)) = f'_\alpha(a'_\alpha) = a'。相反,如果x∈u−1(a′)x \in \overset{-1}{u}(a')和x=fα(xα)x = f_\alpha(x_\alpha)对于一些α∈I\alpha \in \mathrm{I}和一些xα∈Eαx_\alpha \in \mathrm{E}_\alpha,那么我们有a′=u(fα(xα))=fα′(uα(xα))=fα′(aα′)a' = u(f_\alpha(x_\alpha)) = f'_\alpha(u_\alpha(x_\alpha)) = f'_\alpha(a'_\alpha)。因而 (no. 5, 引理 1) 存在β⩾α\beta \geqslant \alpha使得fβα′(uα′(xα))=fβα′(aα′)=aβ′f'_{\beta\alpha}(u'_\alpha(x_\alpha)) = f'_{\beta\alpha}(a'_\alpha) = a'_\beta;即uα(fβα(xα))=aβ′u_\alpha(f_{\beta\alpha}(x_\alpha)) = a'_\beta,因而fβα(xα)∈Nβf_{\beta\alpha}(x_\alpha) \in \mathrm{N}_\beta。从x=fβ(fβα(xα))x = f_\beta(f_{\beta\alpha}(x_\alpha))开始,得出x∈lim→⁡Nαx \in \varinjlim \mathrm{N}_\alpha。

注 03OO

假设对于每个 α∈I\alpha \in \mathrm{I},uα:Eα→E′u_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{E}' 是映射,使得族 (uα)(u_\alpha) 满足 (23)。考虑直接系统(Eα,iβα)(\mathrm{E}_\alpha, i_{\beta\alpha})相对于I,其中Eα′=E′\mathrm{E}'_\alpha = \mathrm{E}'代表所有α∈I\alpha \in \mathrm{I},iβαi_{\beta\alpha}是E′\mathrm{E}'的恒等映射。那么(no. 5,例2)E′\mathrm{E}'可以与lim→⁡Eα′\varinjlim \mathrm{E}'_\alpha规范地识别。如果uαu_\alpha被认为是Eα\mathrm{E}_\alpha的映射进入Eα′\mathrm{E}'_\alpha,则(uα)(u_\alpha)是映射的直接系统,并且由(24)定义的映射u:E→E′u : \mathrm{E} \to \mathrm{E}'与此的直极限相同系统共映射。因而,通过滥用语言,我们写了u=lim→⁡uαu = \varinjlim u_\alpha。

如果 J 是有向的 I 的子集(相对于诱导预序),则显然子族(Eα)α∈J(\mathrm{E}_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{J}}和族(fβα)(f_{\beta\alpha})的对由……组成,其中α⩽β\alpha \leqslant \beta和α∈J\alpha \in \mathrm{J}和β∈J\beta \in \mathrm{J}是相对于 J 的直接系统或集合;据说它是通过将指标集合*限制*到J而获得的。令E、E′分别表示(Eα)α∈I(\mathrm{E}_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{I}}和(Eα)α∈J(\mathrm{E}_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{J}}族的直极限,对于每个α∈I\alpha \in \mathrm{I},让fα:Eα→Ef_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{E}表示典范映射。那么(fα)α∈J(f_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{J}}是映射的直接系统,因而g=lim→⁡fαg = \varinjlim f_\alpha是E′到E中的映射,称为*规范*。此外,如果 J′ 是 J 的有向子集,如果 E” 是族 (Eα)α∈J′(\mathrm{E}_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{J}'} 的直极限,并且如果

g′:E′′→E′andg′′:E′′→Eg' : \quad \mathrm{E}'' \to \mathrm{E}' \qquad \text{and} \qquad g'' : \mathrm{E}'' \to \mathrm{E}

是典范映射,那么从命题 6 可以立即得出

(28)

g′′=g∘g′.g'' = g \circ g'.

引用了 2

引用了 例 2, 命题 6

命题 8 03OP

设*I*为有向集合,让*(Eα,fβα)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha})*为集合相对于*I的直接系统,*并让*E=lim→⁡Eα\mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha*为其直极限。令* J 为 I 的共尾子集,并令 E′ 为从 (Eα,fβα)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}) 通过限制指标集合至 J 获得的集合直接系统的直极限。 则典范映射 gg 的 E′ 到 E *是双射的。

引用了 3

引用了 III § 1. 序关系。 有序集, 引理 1, 命题 6

J 必然是有向集合 (§ 1, no. 10)。我们将使用命题 6 的判据来证明gg是双射的。对于单射性,条件紧接在定义和引理 1 of no. 5之后。为了证明 gg 是满射的,我们注对于每个 α∈J\alpha \in \mathrm{J} 我们有

g(Eα)=fα(Eα).g(\mathrm{E}_\alpha) = f_\alpha(\mathrm{E}_\alpha).

现在,对于每个β∈I\beta \in I,都存在γ∈J\gamma \in J使得β⩽γ\beta \leqslant \gamma,从中可以得出g(Eγ)⊃g(fγβ(Eβ))=fβ(Eβ)g(E_\gamma) \supset g(f_{\gamma\beta}(E_\beta)) = f_\beta(E_\beta)。因此,E 是集合 g(Eα)g(E_\alpha) 的并,因为 α\alpha 穿过 J。

7. 双直极限。 乘积直极限

令I、L为两个有向集合,并令I×LI \times L为它们的乘积(§ 1, no. 4),加上乘积预购,又是有向集合。考虑集合(Eαλ,fβαμλ)(E^\lambda_\alpha, f^{\mu\lambda}_{\beta\alpha})相对于I×LI \times L的直接系统。那么我们有

(29)fγανλ=fγβμν∘fβαμλ(29) \qquad f^{\nu\lambda}_{\gamma\alpha} = f^{\mu\nu}_{\gamma\beta} \circ f^{\mu\lambda}_{\beta\alpha}

每当α⩽β⩽γ\alpha \leqslant \beta \leqslant \gamma和λ⩽μ⩽ν\lambda \leqslant \mu \leqslant \nu时。

让E或lim→⁡α,λEαλ\varinjlim_{\alpha,\lambda} E^\lambda_\alpha表示这个直接系统的直极限。对于每个λ∈L\lambda \in L,放入gβαλ=fβαλλ:Eαλ→Eβλg^\lambda_{\beta\alpha} = f^{\lambda\lambda}_{\beta\alpha} : E^\lambda_\alpha \to E^\lambda_\beta。然后从 (29) 我们有

(30)gγαλ=gγβλ∘gβαλwhenever α⩽β⩽γ;(30) \qquad g^\lambda_{\gamma\alpha} = g^\lambda_{\gamma\beta} \circ g^\lambda_{\beta\alpha} \qquad \text{whenever } \alpha \leqslant \beta \leqslant \gamma;

在其他字中,(Eαλ,gβαλ)(E^\lambda_\alpha, g^\lambda_{\beta\alpha})是集合相对于I的直接系统。让Fλ=lim→⁡αEαλF^\lambda = \varinjlim_\alpha E^\lambda_\alpha表示它的直极限。如果λ⩽μ\lambda \leqslant \mu固定为L的元素,则从(29)可以得出映射hαμλ=fααλμ:Eαλ→Eαμh^{\mu\lambda}_\alpha = f^{\lambda\mu}_{\alpha\alpha} : E^\lambda_\alpha \to E^\mu_\alpha形式直接系统映射。让hμλ=lim→⁡αhαμλ:Fλ→Fμh^{\mu\lambda} = \varinjlim_\alpha h^{\mu\lambda}_\alpha : F^\lambda \to F^\mu表示映射的系统中的直极限。如果λ⩽μ⩽ν\lambda \leqslant \mu \leqslant \nu在L中,那么

(31)hνλ=hνμ∘hμλ(31) \qquad h^{\nu\lambda} = h^{\nu\mu} \circ h^{\mu\lambda}

(no. 6,命题 6,推论 2),因此 (Fλ,hμλ)(F^\lambda, h^{\mu\lambda}) 是集合相对于 L 的直接系统。令F=lim→⁡FλF = \varinjlim F^\lambda为其直极限。我们将定义*规范的双射*E→FE \to F。为此,让gαλg^\lambda_\alpha表示典范映射Eαλ→FλE^\lambda_\alpha \to F^\lambda,hλh^\lambda典范映射Fλ→FF^\lambda \to F,并放入uαλ=hλ∘gαλu^\lambda_\alpha = h^\lambda \circ g^\lambda_\alpha。如果α⩽β\alpha \leqslant \beta和λ⩽μ\lambda \leqslant \mu,那么我们有

uβμ∘fβαμλ=hμ∘gβμ∘fβαμλ=hμ∘gβμ∘fβαμμ∘fααμλ=hμ∘gαμ∘fααμλ=hμ∘hμλ∘gαλ=hλ∘gαλ=uαλ\begin{aligned} u^\mu_\beta \circ f^{\mu\lambda}_{\beta\alpha} &= h^\mu \circ g^\mu_\beta \circ f^{\mu\lambda}_{\beta\alpha} = h^\mu \circ g^\mu_\beta \circ f^{\mu\mu}_{\beta\alpha} \circ f^{\mu\lambda}_{\alpha\alpha} = h^\mu \circ g^\mu_\alpha \circ f^{\mu\lambda}_{\alpha\alpha} \\ &= h^\mu \circ h^{\mu\lambda} \circ g^\lambda_\alpha = h^\lambda \circ g^\lambda_\alpha = u^\lambda_\alpha \end{aligned}

来自 (29) 和 hμλh^{\mu\lambda} 的定义。因此,映射相对于I×LI \times L的uαλu^\lambda_\alpha形式直接系统。把u=lim→⁡α,λuαλ:E→Fu = \varinjlim_{\alpha,\lambda} u^\lambda_\alpha : E \to F。我们将证明uu是no. 6、命题6的应用判据的双射。首先,F是集合hλ(Fλ)h^\lambda(F^\lambda)的并,并且每个FλF^\lambda是并共集合 gαλ(Eαλ)g_\alpha^\lambda(\mathrm{E}_\alpha^\lambda);因此 F 是集合的并

hλ(gαλ(Eαλ))=uαλ(Eαλ).h^\lambda(g_\alpha^\lambda(\mathrm{E}_\alpha^\lambda)) = u_\alpha^\lambda(\mathrm{E}_\alpha^\lambda).

接下来,令xx、yy为Eαλ\mathrm{E}_\alpha^\lambda的两个元素,使得uαλ(x)=uαλ(y)u_\alpha^\lambda(x) = u_\alpha^\lambda(y),即hλ(gαλ(x))=hλ(gαλ(y))h^\lambda(g_\alpha^\lambda(x)) = h^\lambda(g_\alpha^\lambda(y))。那么(no. 5,引理1)存在μ⩾λ\mu \geqslant \lambda使得hμλ(gαλ(x))=hμλ(gαλ(y))h^{\mu\lambda}(g_\alpha^\lambda(x)) = h^{\mu\lambda}(g_\alpha^\lambda(y)),即gαμ(fααμλ(x))=gαμ(fααμλ(y))g_\alpha^\mu(f_{\alpha\alpha}^{\mu\lambda}(x)) = g_\alpha^\mu(f_{\alpha\alpha}^{\mu\lambda}(y));同样,存在β⩾α\beta \geqslant \alpha使得gβαμ(fααμλ(x))=gβαμ(fααμλ(y))g_{\beta\alpha}^\mu(f_{\alpha\alpha}^{\mu\lambda}(x)) = g_{\beta\alpha}^\mu(f_{\alpha\alpha}^{\mu\lambda}(y))(no. 5,引理1),即fβαμλ(x)=fβαμλ(y)f_{\beta\alpha}^{\mu\lambda}(x) = f_{\beta\alpha}^{\mu\lambda}(y);这表明 (no. 6, 命题 6) uu 是单射的。因此我们证明了:

命题 9 03RV

如果* (Eαλ,fβαμλ)(\mathrm{E}_\alpha^\lambda, f_{\beta\alpha}^{\mu\lambda}) 是集合的直接系统相对于乘积 I×L\mathrm{I} \times \mathrm{L} *两个有向集合,那么(直到规范的双射)我们有

(32)

lim→⁡α, λEαλ=lim→⁡λ (lim→⁡αEαλ).\varinjlim_{\alpha,\ \lambda} \mathrm{E}_\alpha^\lambda = \varinjlim_{\lambda}\ (\varinjlim_{\alpha} \mathrm{E}_\alpha^\lambda).

推论 03OQ

令*(E′αλ,f′βαμλ)(\mathrm{{E}'}^\lambda_\alpha, {f'}^{\mu\lambda}_{\beta\alpha})*成为集合的另一个直接系统相对于*I×L\mathrm{I} \times \mathrm{L},*并且对于每个*(α,λ)∈I×L(\alpha, \lambda) \in \mathrm{I} \times \mathrm{L}*让*uαλu_\alpha^\lambda*成为*Eαλ\mathrm{E}_\alpha^\lambda*的映射*到*E′αλ\mathrm{{E}'}^\lambda_\alpha,*使得* uαλu_\alpha^\lambda *形式直接系统共映射。然后我们有

(33)

lim→⁡α, λuαλ=lim→⁡λ (lim→⁡αuαλ).\varinjlim_{\alpha,\ \lambda} u_\alpha^\lambda = \varinjlim_{\lambda}\ (\varinjlim_{\alpha} u_\alpha^\lambda).

我们将验证留给读者。

命题 10 03RW

令*(Eα,fβα)(\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha})*和*(Eα′,fβα′)(\mathrm{E}'_\alpha, f'_{\beta\alpha})*为集合中的两个直接系统,两者都相对于相同的有向集合*I。 让 E=lim→⁡Eα\mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha、E′=lim→⁡Eα′\mathrm{E}' = \varinjlim \mathrm{E}'_\alpha、*并让* fα:Eα→E,fα′:Eα′→E′f_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{E}, f'_\alpha : \mathrm{E}'_\alpha \to \mathrm{E}' 表示典范映射,对于每个 α∈I\alpha \in \mathrm{I}。 那么(Eα×Eα′,fβα×fβα′)(\mathrm{E}_\alpha \times \mathrm{E}'_\alpha, f_{\beta\alpha} \times f'_{\beta\alpha})*是集合的直接系统,*(fα×fα′)(f_\alpha \times f'_\alpha)*是映射的直接系统,并且*lim→⁡(fα×fα′)\varinjlim (f_\alpha \times f'_\alpha)*是双射

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 引理 1, 命题 6

被以下引用 命题 7, A II § 6

(34)

lim→⁡(Eα×Eα′)→(lim→⁡Eα)×(lim→⁡Eα′).\varinjlim (\mathrm{E}_\alpha \times \mathrm{E}'_\alpha) \to (\varinjlim \mathrm{E}_\alpha) \times (\varinjlim \mathrm{E}'_\alpha).

命题的前两个断言立即得到验证。为了证明 g=lim→⁡(fα×fα′)g = \varinjlim (f_\alpha \times f'_\alpha) 是双射的,我们计算 no. 6 的应用命题 6。显然E×E′\mathrm{E} \times \mathrm{E}'是集合fα(Eα)×fα′(Eα′)f_\alpha(\mathrm{E}_\alpha) \times f'_\alpha(\mathrm{E}'_\alpha)中的并;因此 gg 是满射的。如果(x,x′)(x, x')和(y,y′)(y, y')是Eα×Eα′\mathrm{E}_\alpha \times \mathrm{E}'_\alpha的两个元素使得fα(x)=fα(y)f_\alpha(x) = f_\alpha(y)和fα′(x′)=fα′(y′)f'_\alpha(x') = f'_\alpha(y'),则(no. 5,引理1)存在两个元素β\beta,γ\gamma I使得β⩾α\beta \geqslant \alpha、γ⩾α\gamma \geqslant \alpha和fβα(x)=fβα(y)f_{\beta\alpha}(x) = f_{\beta\alpha}(y)、fγα′(x′)=fγα′(y′)f'_{\gamma\alpha}(x') = f'_{\gamma\alpha}(y');由于I是有向的,因此存在δ∈I\delta \in \mathrm{I}使得δ⩾β\delta \geqslant \beta和δ⩾γ\delta \geqslant \gamma;因此fδα(x)=fδα(y)f_{\delta\alpha}(x) = f_{\delta\alpha}(y)和fδα′(x′)=fδα′(y′)f'_{\delta\alpha}(x') = f'_{\delta\alpha}(y')。这样就完成了证明。

双射 gg 被称为*规范*。

推论 03RX

设*(Fα,gβα)(\mathrm{F}_\alpha, g_{\beta\alpha})*和*(Fα′,gβα′)(\mathrm{F}'_\alpha, g'_{\beta\alpha})*为集合的两个直接系统相对于*I,*并且对于每个*α∈I\alpha \in \mathrm{I}*让*uα:Eα→Fαu_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{F}_\alpha,uα′:Eα′→Fα′u'_\alpha : \mathrm{E}'_\alpha \to \mathrm{F}'_\alpha*为映射使得*(uα)(u_\alpha)*和* (uα′)(u'_\alpha) 是映射中的两个直接系统。那么 (uα×uα′)(u_\alpha \times u'_\alpha) *是映射的直接系统,并且(直到规范的双射)我们有

(35)

lim→⁡(uα×uα′)=(lim→⁡uα)×(lim→⁡uα′).\varinjlim (u_\alpha \times u'_\alpha) = (\varinjlim u_\alpha) \times (\varinjlim u'_\alpha).

我们将验证留给读者。

习题

参见习题为 § 7。

[^1]: This means that uα∘fαβ=gαβ∘uβu_\alpha \circ f_{\alpha\beta} = g_{\alpha\beta} \circ u_\beta.

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