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7. 逆极限和直极限
1. 逆极限
令I I I 为预定的集合,并让( E α ) α ∈ I (E_\alpha)_{\alpha\in I} ( E α ) α ∈ I 为由I I I 索引的集合族。对于I I I 的元素的每个对( α , β ) (\alpha,\beta) ( α , β ) 使得α ≤ β \alpha\leq\beta α ≤ β ,令f α β f_{\alpha\beta} f α β 为E α E_\alpha E α 的E β E_\beta E β 的映射。假设 f α β f_{\alpha\beta} f α β 满足以下条件 :
( L P I ) (\mathrm{LP}_I) ( LP I ) 关系 α ≤ β ≤ γ \alpha\leq\beta\leq\gamma α ≤ β ≤ γ 暗示f α γ = f α β ∘ f β γ f_{\alpha\gamma}=f_{\alpha\beta}\circ f_{\beta\gamma} f α γ = f α β ∘ f β γ .
( L P I I ) (\mathrm{LP}_{II}) ( LP I I ) 对于每个 α ∈ I \alpha\in I α ∈ I ,f α α f_{\alpha\alpha} f α α 是 E α E_\alpha E α 中的恒等映射。
令G = ∏ α ∈ I E α G=\prod_{\alpha\in I}E_\alpha G = ∏ α ∈ I E α 为集合( E α ) α ∈ I (E_\alpha)_{\alpha\in I} ( E α ) α ∈ I 族的*乘积*,并让E E E 表示所有x x x 中G G G 由……组成的子集,其中满足每个关系
(1)
pr α x = f α β ( pr β x ) \operatorname{pr}_{\alpha}x=f_{\alpha\beta}(\operatorname{pr}_{\beta}x) pr α x = f α β ( pr β x )
对于指标( α , β ) (\alpha,\beta) ( α , β ) 中的每个对,使得α ≤ β \alpha\leq\beta α ≤ β 。 E E E 据说是家庭*逆极限*( E α ) α ∈ I (E_\alpha)_{\alpha\in I} ( E α ) α ∈ I *相对于映射*( f α β ) (f_{\alpha\beta}) ( f α β ) 的家庭,在没有歧义的情况下,我们写成E = lim ⟵ ( E α , f α β ) E=\underset{\longleftarrow}{\lim}\,(E_\alpha,f_{\alpha\beta}) E = ⟵ lim ( E α , f α β ) 或简单地写成E = lim ⟵ E α E=\underset{\longleftarrow}{\lim}\,E_\alpha E = ⟵ lim E α 。通过滥用语言,对( ( E α ) , ( f α β ) ) ((E_\alpha),(f_{\alpha\beta})) (( E α ) , ( f α β )) (通常用( E α β , f α β ) (E_{\alpha\beta},f_{\alpha\beta}) ( E α β , f α β ) 表示)被称为集合*的*逆系,相对于指标集合I I I 。 投影 pr α \operatorname{pr}_\alpha pr α 到E E E 的*限制* f α f_\alpha f α 称为E E E 到E α E_\alpha E α 的*典范映射*,我们有关系
(2)
f α = f α β ∘ f β f_\alpha=f_{\alpha\beta}\circ f_\beta f α = f α β ∘ f β
每当α ≤ β \alpha\leq\beta α ≤ β ;这只是关系 (1) 其中定义 E E E 的转录。
例
假设I I I 上的序关系是*等式*的关系。那么唯一的对( α , β ) (\alpha,\beta) ( α , β ) 使得α ≤ β \alpha\leq\beta α ≤ β 是对( α , α ) (\alpha,\alpha) ( α , α ) ,其中α ∈ I \alpha\in I α ∈ I ;并且由于 f α α f_{\alpha\alpha} f α α 是恒等映射,因此 所有 x ∈ G x\in G x ∈ G 都满足关系 (1);在其他字中,lim ⟵ E α \underset{\longleftarrow}{\lim}\,E_\alpha ⟵ lim E α 则为*乘积* ∏ α ∈ I E α \prod_{\alpha\in I}E_\alpha ∏ α ∈ I E α 。
被以下引用 1 被以下引用 推论 2
假设I I I 是*右向的*,E α E_\alpha E α 对于所有α ∈ I \alpha\in I α ∈ I 来说都是相同的集合F F F ,并且只要α ≤ β \alpha\leq\beta α ≤ β ,f α β f_{\alpha\beta} f α β 就是F F F 的恒等映射到自身上。那么E = lim ⟵ E α E=\underset{\longleftarrow}{\lim}\,E_\alpha E = ⟵ lim E α 就是乘积∏ α ∈ I E α = F I \prod_{\alpha\in I}E_\alpha=F^I ∏ α ∈ I E α = F I 的*对角的*Δ \Delta Δ 。事实上,很明显每个 x ∈ Δ x\in\Delta x ∈ Δ 都满足关系 (1)。相反,让x x x 是E E E 的元素,并让我们证明对于指标( α , β ) (\alpha, \beta) ( α , β ) 的每个对,我们有p r α x = p r β x \mathrm{pr}_\alpha x = \mathrm{pr}_\beta x pr α x = pr β x 。到假设,存在指标γ ∈ I \gamma \in I γ ∈ I 使得α ⩽ γ \alpha \leqslant \gamma α ⩽ γ 和β ⩽ γ \beta \leqslant \gamma β ⩽ γ ;因此,根据(1),我们有p r α x = f α γ ( p r γ x ) = p r γ x \mathrm{pr}_\alpha x = f_{\alpha\gamma}(\mathrm{pr}_\gamma x) = \mathrm{pr}_\gamma x pr α x = f α γ ( pr γ x ) = pr γ x ,类似地还有p r β x = p r γ x \mathrm{pr}_\beta x = \mathrm{pr}_\gamma x pr β x = pr γ x ,这证明了我们的断言。
应该注意的是,即使所有 E α E_\alpha E α 都非空并且所有映射 f α β f_{\alpha\beta} f α β 都是*满射*(习题 4;参见 no. 4),E = l i m ← E α E = \varprojlim E_\alpha E = lim E α 也可以是*空*。
¶ 很明显,对于( E α ) α ∈ J (E_\alpha)_{\alpha \in J} ( E α ) α ∈ J 和家族( f α β ) (f_{\alpha\beta}) ( f α β ) 的I对由……组成的每个子集J,其中α ∈ J \alpha \in J α ∈ J 、β ∈ J \beta \in J β ∈ J 和α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β 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( E α ) α ∈ I (E_\alpha)_{\alpha \in I} ( E α ) α ∈ I 和( E α ) α ∈ J (E_\alpha)_{\alpha \in J} ( E α ) α ∈ J 的逆极限。每x ∈ E x \in E x ∈ E 元素
g ( x ) = ( f α ( x ) ) α ∈ J (3) g(x) = (f_\alpha(x))_{\alpha \in J} \tag{3} g ( x ) = ( f α ( x ) ) α ∈ J ( 3 )
凭借(2)属于到E'; 映射 g : E → E ′ g : E \to E' g : E → E ′ 这样定义的称为*规范*。如果 J' 是 J 的子集,并且 E'' 是 ( E α ) α ∈ J ′ (E_\alpha)_{\alpha \in J'} ( E α ) α ∈ J ′ 族的逆极限,并且如果 g ′ : E ′ → E ′ ′ g' : E' \to E'' g ′ : E ′ → E ′′ 和 g ′ ′ : E → E ′ ′ g'' : E \to E'' g ′′ : E → E ′′ 是典范映射,那么到定义我们有
g ′ ′ = g ′ ∘ g . (4) g'' = g' \circ g. \tag{4} g ′′ = g ′ ∘ g . ( 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
令* I 为有序集合,令 ( E α , f α β ) (E_\alpha, f_{\alpha\beta}) ( E α , f α β ) 为集合相对于 I的逆系,*让* E = l i m ← E α E = \varprojlim E_\alpha E = lim E α 为其逆极限,并且对于每个 α ∈ I \alpha \in I α ∈ 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
f α : E → E α f_\alpha : E \to E_\alpha f α : E → E α
为典范映射。对于每个 α ∈ I \alpha \in I α ∈ I ,*让*u α u_\alpha u α *成为集合*F的映射*进入*E α E_\alpha E α *这样*
f α β ∘ u β = u α whenever α ⩽ β . (5) f_{\alpha\beta} \circ u_\beta = u_\alpha \qquad \textit{whenever } \alpha \leqslant \beta. \tag{5} f α β ∘ u β = u α whenever α ⩽ β . ( 5 )
然后:
(a) 存在 F 进入 E 的唯一映射 u u u 使得
u α = f α ∘ u for all α ∈ I ; (6) u_\alpha = f_\alpha \circ u \qquad \textit{for all } \alpha \in I;\tag{6} u α = f α ∘ u for all α ∈ I ; ( 6 )
(b) 映射 u u u 是单射当且仅当,对于 F 的不同元素* y y y 、z z z 的每个对, 存在* α ∈ I \alpha \in I α ∈ I 使得 u α ( y ) ≠ u α ( z ) u_\alpha(y) \neq u_\alpha(z) u α ( y ) = u α ( z ) 。
对于关系 u α = f α ∘ u u_\alpha = f_\alpha \circ u u α = f α ∘ u 意味着对于每个 y ∈ F y \in F y ∈ F 我们有
p r α ( u ( y ) ) = u α ( y ) ; \mathrm{pr}_\alpha(u(y)) = u_\alpha(y); pr α ( u ( y )) = u α ( y ) ;
元素 u ( y ) ∈ ∏ α ∈ I E α u(y) \in \prod_{\alpha \in I} E_\alpha u ( y ) ∈ ∏ α ∈ I E α 由u ( y ) = ( u α ( y ) ) α ∈ I u(y) = (u_\alpha(y))_{\alpha \in I} u ( y ) = ( u α ( y ) ) α ∈ I 唯一确定。仍有待证明的是,u ( y ) ∈ E u(y) \in E u ( y ) ∈ E 对于所有y ∈ F y \in F y ∈ F ,在其他字中,
p r α ( u ( y ) ) = f α β ( p r β ( u ( y ) ) ) \mathrm{pr}_\alpha(u(y)) = f_{\alpha\beta}(\mathrm{pr}_\beta(u(y))) pr α ( u ( y )) = f α β ( pr β ( u ( y )))
每当α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β 时。但这可以写成形式
u α ( y ) = f α β ( u β ( y ) ) u_\alpha(y) = f_{\alpha\beta}(u_\beta(y)) u α ( y ) = f α β ( u β ( y ))
因此由 (5) 得出。 命题的第二个部分紧随定义之后。
令*( E α , f α β ) (E_\alpha, f_{\alpha\beta}) ( E α , f α β ) *和*( F α , g α β ) (F_\alpha, g_{\alpha\beta}) ( F α , g α β ) *为集合中的两个逆系相对于相同的指标集合*I; 让 E = l i m ← E α E = \varprojlim E_\alpha E = lim E α ,F = l i m ← F α F = \varprojlim F_\alpha F = lim F α ,*并让* f α f_\alpha f α (分别 g α g_\alpha g α *)为* E 到 E α E_\alpha E α (分别为 F 到 F α F_\alpha F α *)的典范映射,对于每个* α ∈ I \alpha \in I α ∈ I ,*对于每个* α ∈ I \alpha \in I α ∈ I ,*让*u α u_\alpha u α *成为*E的映射*进入*F α F_\alpha F α *使得图表
引用了 1 引用了 命题 1
E β ⟶ u β F β f α β ↓ ↓ g α β E α ⟶ u α F α \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} E β f α β ↓ ⏐ E α ⟶ u β u α ⟶ F β ↓ ⏐ g α β F α
可交换 [^1] 每当 α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β 。 然后存在唯一映射 u : E → F u : E \to F u : E → F 使得对于每个 α ∈ I \alpha \in I α ∈ I 图表
E ⟶ u F f α ↓ ↓ g α E α ⟶ u α F α \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} E f α ↓ ⏐ E α ⟶ u u α ⟶ F ↓ ⏐ g α F α
是可交换的。
输入v α = u α ∘ f α v_\alpha = u_\alpha \circ f_\alpha v α = u α ∘ f α 。如果 α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β ,由 (2) 我们有,
g α β ∘ v β = g α β ∘ u β ∘ f β = u α ∘ f α β ∘ f β = u α ∘ f α = v α , 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, g α β ∘ v β = g α β ∘ u β ∘ f β = u α ∘ f α β ∘ f β = u α ∘ f α = v α ,
因此我们可以应用命题 1 到映射 v α v_\alpha v α ;因此映射u : E → F u:E\to F u : E → F 的存在和唯一性使得
g α ∘ u = v α = u α ∘ f α
g_\alpha\circ u=v_\alpha=u_\alpha\circ f_\alpha
g α ∘ u = v α = u α ∘ f α
对于每个α ∈ I \alpha\in I α ∈ I 。
¶ 满足推论 1 的条件的映射 u α : E α → F α u_\alpha:E_\alpha\to F_\alpha u α : E α → F α 族称为 ( E α , f α β ) (E_\alpha,f_{\alpha\beta}) ( E α , f α β ) 的映射* 到 ( F α , g α β ) (F_\alpha,g_{\alpha\beta}) ( F α , g α β ) 的 逆系。推论1中定义的映射u u u 称为( u α ) (u_\alpha) ( u α ) 族的 逆极限*,并且在不存在混淆风险的情况下写作u = lim ← u α u=\underset{\leftarrow}{\lim}\,u_\alpha u = ← lim u α 。
令( E α , f α β ) (E_\alpha,f_{\alpha\beta}) ( E α , f α β ) 、( F α , g α β ) (F_\alpha,g_{\alpha\beta}) ( F α , g α β ) 、( G α , h α β ) (G_\alpha,h_{\alpha\beta}) ( G α , h α β ) 为集合的三个*逆系相对于相同的指标集合*I I I ;令E = lim ← E α E=\underset{\leftarrow}{\lim}\,E_\alpha E = ← lim E α 、F = lim ← F α F=\underset{\leftarrow}{\lim}\,F_\alpha F = ← lim F α 、G = lim ← G α G=\underset{\leftarrow}{\lim}\,G_\alpha G = ← lim G α ,并让f α f_\alpha f α (分别g α , h α g_\alpha,h_\alpha g α , h α )成为E E E (分别F , G F,G F , G )的*典范映射**到*E α E_\alpha E α (分别F α , G α F_\alpha,G_\alpha F α , G α )。如果( u α ) (u_\alpha) ( u α ) 和( v α ) (v_\alpha) ( v α ) 是*两个映射的逆系*、u α : E α → F α u_\alpha:E_\alpha\to F_\alpha u α : E α → F α 、v α : F α → G α v_\alpha:F_\alpha\to G_\alpha v α : F α → G α ,那么*复合映射*v α ∘ u α : E α → G α v_\alpha\circ u_\alpha:E_\alpha\to G_\alpha v α ∘ u α : E α → G α 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 ← ( v α ∘ u α ) = ( lim ← v α ) ∘ ( lim ← u α ) .
\underset{\leftarrow}{\lim}\,(v_\alpha\circ u_\alpha)
=
\left(\underset{\leftarrow}{\lim}\,v_\alpha\right)\circ
\left(\underset{\leftarrow}{\lim}\,u_\alpha\right).
← lim ( v α ∘ u α ) = ( ← lim v α ) ∘ ( ← lim u α ) .
因为如果我们输入w α = v α ∘ u α w_\alpha=v_\alpha\circ u_\alpha w α = v α ∘ u α ,那么如果α ≤ β \alpha\leq\beta α ≤ β 我们有
w α ∘ f α β = v α ∘ ( u α ∘ f α β ) = v α ∘ ( g α β ∘ v β ) = ( h α β ∘ v β ) ∘ u β = h α β ∘ w β ,
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,
w α ∘ f α β = v α ∘ ( u α ∘ f α β ) = v α ∘ ( g α β ∘ v β ) = ( h α β ∘ v β ) ∘ u β = h α β ∘ w β ,
这表明( w α ) (w_\alpha) ( w α ) 是映射的逆系。此外,如果u = lim ← u α u=\underset{\leftarrow}{\lim}\,u_\alpha u = ← lim u α 和v = lim ← v α v=\underset{\leftarrow}{\lim}\,v_\alpha v = ← lim v α ,则每个α ∈ I \alpha\in I α ∈ I 都有h α ∘ ( v ∘ u ) = ( v α ∘ g α ) ∘ u = ( v α ∘ u α ) ∘ f α h_\alpha\circ(v\circ u)=(v_\alpha\circ g_\alpha)\circ u=(v_\alpha\circ u_\alpha)\circ f_\alpha h α ∘ ( v ∘ u ) = ( v α ∘ g α ) ∘ u = ( v α ∘ u α ) ∘ f α ,因此,通过逆极限的唯一性,我们有v ∘ u = lim ← w α v\circ u=\underset{\leftarrow}{\lim}\,w_\alpha v ∘ u = ← lim w α 。
¶ 令 ( E α , f α β ) (E_\alpha,f_{\alpha\beta}) ( E α , f α β ) 为集合的逆系,对于每个 α ∈ I \alpha\in I α ∈ I ,令 M α M_\alpha M α 为 E α E_\alpha E α 的子集。如果f α β ( M β ) ⊂ M α f_{\alpha\beta}(M_\beta)\subset M_\alpha f α β ( M β ) ⊂ M α 每当α ≤ β \alpha\leq\beta α ≤ β ,则M α M_\alpha M α 被称为形式和E α E_\alpha E α 的子集*的*逆系。设g α β g_{\alpha\beta} g α β 为M β M_\beta M β 的映射到M α M_\alpha M α (其中α ≤ β \alpha\leq\beta α ≤ β ),其图形与f α β f_{\alpha\beta} f α β 到M β M_\beta M β 的限制的图形相同。那么很明显 ( M α , g α β ) (M_\alpha,g_{\alpha\beta}) ( M α , g α β ) 是集合的逆系并且
(8)
lim ← M α = ( lim ← E α ) ∩ ∏ α ∈ I M α .
\underset{\leftarrow}{\lim}\,M_\alpha
=
\left(\underset{\leftarrow}{\lim}\,E_\alpha\right)\cap\prod_{\alpha\in I}M_\alpha.
← lim M α = ( ← lim E α ) ∩ α ∈ I ∏ M α .
令( E α , f α β ) (E_\alpha,f_{\alpha\beta}) ( E α , f α β ) 和( E α ′ , f α β ′ ) (E'_\alpha,f'_{\alpha\beta}) ( E α ′ , f α β ′ ) 为集合相对于*I I I 的两个*逆系,并令u α u_\alpha u α 为每个α ∈ I \alpha\in I α ∈ I 的E α E_\alpha E α 到E α ′ E'_\alpha E α ′ 的映射,这样u α u_\alpha u α 形式*逆系映射*。让u = lim ← u α u=\underset{\leftarrow}{\lim}\,u_\alpha u = ← lim u α 。然后对于每个x ′ = ( x α ′ ) ∈ E ′ = lim ← E α ′ x'=(x'_\alpha)\in E'=\underset{\leftarrow}{\lim}\,E'_\alpha x ′ = ( x α ′ ) ∈ E ′ = ← lim E α ′ ,u ˉ α − 1 ( x α ′ ) \bar u_\alpha^{-1}(x'_\alpha) u ˉ α − 1 ( x α ′ ) 形式,E α E_\alpha E α 和u ˉ − 1 ( x ′ ) = lim ← u ˉ α − 1 ( x α ′ ) \bar u^{-1}(x')=\underset{\leftarrow}{\lim}\,\bar u_\alpha^{-1}(x'_\alpha) u ˉ − 1 ( x ′ ) = ← lim u ˉ α − 1 ( x α ′ ) 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 α ⩽ β 和 x β ∈ u β − 1 ( x β ′ ) x_\beta \in \overset{-1}{u_\beta}(x'_\beta) x β ∈ u β − 1 ( x β ′ ) ,我们有
u α ( f α β ( x β ) ) = f α β ′ ( u β ( x β ) ) = f α β ′ ( x β ′ ) = x α ′ , u_\alpha(f_{\alpha\beta}(x_\beta)) = f'_{\alpha\beta}(u_\beta(x_\beta)) = f'_{\alpha\beta}(x'_\beta) = x'_\alpha, u α ( f α β ( x β )) = f α β ′ ( u β ( x β )) = f α β ′ ( x β ′ ) = x α ′ ,
第一个断言随之而来;并说 x = ( x α ) ∈ E = l i m ← E α x = (x_\alpha) \in \mathrm{E} = \varprojlim \mathrm{E}_\alpha x = ( x α ) ∈ E = lim E α 使得 u ( x ) = x ′ u(x) = x' u ( x ) = x ′ 意味着,通过定义,每个 α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I 都有 u α ( x α ) = x α ′ u_\alpha(x_\alpha) = x'_\alpha u α ( x α ) = x α ′ 。
如果u α u_\alpha u α 是单射*(或*双射的*)*对于每个α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I ,则u u u 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u α ( E α ) u_\alpha(\mathrm{E}_\alpha) u α ( E α ) 还有E α ′ \mathrm{E}'_\alpha E α ′ 的子集形式逆系,我们有
(9)
u ( E ) ⊂ l i m ← u α ( E α ) ; u(\mathrm{E}) \subset \varprojlim u_\alpha(\mathrm{E}_\alpha); u ( E ) ⊂ lim u α ( E α ) ;
但这个关系的两侧*不一定相等*(习题4)。
令I \mathrm{I} I 为预定的集合,令( E α , f α β ) (\mathrm{E}_\alpha, f_{\alpha\beta}) ( E α , f α β ) 为集合相对于I \mathrm{I} I 的逆系,并令E = l i m ← E α \mathrm{E} = \varprojlim \mathrm{E}_\alpha E = lim E α 。令J \mathrm{J} J 为I \mathrm{I} I 的共尾子集,使得J \mathrm{J} J 右向,并令E ′ \mathrm{E}' E ′ 为通过限制指标从( E α , f α β ) (\mathrm{E}_\alpha, f_{\alpha\beta}) ( E α , f α β ) 获得的集合的逆系的逆极限集合至 J \mathrm{J} J 。那么 E \mathrm{E} E 的典范映射 g g g 到 E ′ \mathrm{E}' E ′ * (no. 1, 公式 (3)) 是双射 。
对于每个α ∈ J \alpha \in \mathrm{J} α ∈ J ,令f α ′ f'_\alpha f α ′ 为典范映射E ′ → E α \mathrm{E}' \to \mathrm{E}_\alpha E ′ → E α 。 然后,通过(2)和(5),g g g 是E \mathrm{E} E 的唯一映射到E ′ \mathrm{E}' E ′ ,使得f α = f α ′ ∘ g f_\alpha = f'_\alpha \circ g f α = f α ′ ∘ g 对于所有α ∈ J \alpha \in \mathrm{J} α ∈ J (命题1)。 我们将使用命题 1 的准则来证明g g g 是单射的。 如果x x x 、y y y 与E \mathrm{E} E 不同元素,则到定义存在α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I 使得f α ( x ) ≠ f α ( y ) f_\alpha(x) \neq f_\alpha(y) f α ( x ) = f α ( y ) ;由于J \mathrm{J} J 是I \mathrm{I} I 的共尾,因此存在λ ∈ J \lambda \in \mathrm{J} λ ∈ J 使得α ⩽ λ \alpha \leqslant \lambda α ⩽ λ ;从f α λ ( f λ ( x ) ) ≠ f α λ ( f λ ( y ) ) f_{\alpha\lambda}(f_\lambda(x)) \neq f_{\alpha\lambda}(f_\lambda(y)) f α λ ( f λ ( x )) = f α λ ( f λ ( y )) 开始,我们有f λ ( x ) ≠ f λ ( y ) f_\lambda(x) \neq f_\lambda(y) f λ ( x ) = f λ ( y ) 。 仍有待证明 g g g 是满射的。 设x ′ = ( x λ ′ ) λ ∈ J x' = (x'_\lambda)_{\lambda \in \mathrm{J}} x ′ = ( x λ ′ ) λ ∈ J 为E ′ \mathrm{E}' E ′ 的元素。 对于每个α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I ,存在λ ∈ J \lambda \in \mathrm{J} λ ∈ J 使得α ⩽ λ \alpha \leqslant \lambda α ⩽ λ ,并且元素f α λ ( x λ ′ ) f_{\alpha\lambda}(x'_\lambda) f α λ ( x λ ′ ) 不依赖于指标λ ∈ J \lambda \in \mathrm{J} λ ∈ J 使得α ⩽ λ \alpha \leqslant \lambda α ⩽ λ ;因为如果μ ∈ J \mu \in \mathrm{J} μ ∈ J 使得α ⩽ μ \alpha \leqslant \mu α ⩽ μ ,则存在ν ∈ J \nu \in \mathrm{J} ν ∈ J 使得λ ⩽ ν \lambda \leqslant \nu λ ⩽ ν 和μ ⩽ ν \mu \leqslant \nu μ ⩽ ν ,因此存在f α λ ( x λ ′ ) = f α λ ( f λ ν ( x ν ′ ) ) = f α ν ( x ν ′ ) f_{\alpha\lambda}(x'_\lambda) = f_{\alpha\lambda}(f_{\lambda\nu}(x'_\nu)) = f_{\alpha\nu}(x'_\nu) f α λ ( x λ ′ ) = f α λ ( f λ ν ( x ν ′ )) = f α ν ( x ν ′ ) ,并且类似地f α μ ( x μ ′ ) = f α ν ( x ν ′ ) f_{\alpha\mu}(x'_\mu) = f_{\alpha\nu}(x'_\nu) f α μ ( x μ ′ ) = f α ν ( x ν ′ ) 。 令x α x_\alpha x α 为λ ∈ J \lambda \in \mathrm{J} λ ∈ J 的f α λ ( x λ ′ ) f_{\alpha\lambda}(x'_\lambda) f α λ ( x λ ′ ) 的公共的值,使得α ⩽ λ \alpha \leqslant \lambda α ⩽ λ ,并令x = ( x α ) α ∈ I x = (x_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{I}} x = ( x α ) α ∈ I 。 然后x ∈ E x \in \mathrm{E} x ∈ E ,因为如果α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β 并且λ ∈ J \lambda \in \mathrm{J} λ ∈ J 使得β ⩽ λ \beta \leqslant \lambda β ⩽ λ ,我们有
f α β ( x β ) = f α β ( f β λ ( x λ ′ ) ) = f α λ ( x λ ′ ) = x α . f_{\alpha\beta}(x_\beta) = f_{\alpha\beta}(f_{\beta\lambda}(x'_\lambda)) = f_{\alpha\lambda}(x'_\lambda) = x_\alpha. f α β ( x β ) = f α β ( f β λ ( x λ ′ )) = f α λ ( x λ ′ ) = x α .
最后,我们对所有λ ∈ J \lambda \in \mathrm{J} λ ∈ J 有x λ ′ = f λ λ ( x λ ′ ) x'_\lambda = f_{\lambda\lambda}(x'_\lambda) x λ ′ = f λλ ( x λ ′ ) ,因此对所有λ ∈ J \lambda \in \mathrm{J} λ ∈ J 有x λ = x λ ′ x_\lambda = x'_\lambda x λ = x λ ′ ;其他字,f ( x λ ) = x λ ′ f(x_\lambda) = x'_\lambda f ( x λ ) = x λ ′ ,所以g ( x ) = x ′ g(x) = x' g ( x ) = x ′ 。因此 g g g 是满射,证明是完备的。
特别是,如果I \mathrm{I} I 有*最大元素*ω \omega ω ,我们可以采用J = { ω } \mathrm{J} = \{\omega\} J = { ω } ,这样l i m ← E α \varprojlim \mathrm{E}_\alpha lim E α 就可以与E ω \mathrm{E}_\omega E ω 规范地识别。
注
引用了 1 引用了 命题 1
3. 双重逆极限
令I、L为两个预先订购的集合,以及I × L I \times L I × L 它们的乘积(§ 1, no. 4)。考虑集合( E α λ , f α β λ μ ) (E^\lambda_\alpha, f^{\lambda\mu}_{\alpha\beta}) ( E α λ , f α β λ μ ) 相对于指标集合I × L I \times L I × L 的逆系。
我们有
(11) 每当α ⩽ β ⩽ γ \alpha \leqslant \beta \leqslant \gamma α ⩽ β ⩽ γ 和λ ⩽ μ ⩽ ν \lambda \leqslant \mu \leqslant \nu λ ⩽ μ ⩽ ν 时,f α γ λ ν = f α β λ μ ∘ f β γ μ ν \qquad f^{\lambda\nu}_{\alpha\gamma} = f^{\lambda\mu}_{\alpha\beta} \circ f^{\mu\nu}_{\beta\gamma} f α γ λ ν = f α β λ μ ∘ f β γ μν 。
让E或lim E α λ \lim \mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha} lim E α λ 表示这个逆系的逆极限。
对于每个λ ∈ L \lambda \in \mathrm{L} λ ∈ L ,放入g α β λ = f α β λ λ : E β λ → E α λ g^{\lambda}_{\alpha\beta} = f^{\lambda\lambda}_{\alpha\beta} : \mathrm{E}^{\lambda}_{\beta} \to \mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha} g α β λ = f α β λλ : E β λ → E α λ 。由(11)可知
(12) g α γ λ = g α β λ ∘ g β γ λ \qquad g^{\lambda}_{\alpha\gamma} = g^{\lambda}_{\alpha\beta} \circ g^{\lambda}_{\beta\gamma} g α γ λ = g α β λ ∘ g β γ λ 每当α ⩽ β ⩽ γ \alpha \leqslant \beta \leqslant \gamma α ⩽ β ⩽ γ 时,
这样( E α λ , g α β λ ) (\mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha}, g^{\lambda}_{\alpha\beta}) ( E α λ , g α β λ ) 相对于I来说是集合的逆系。让F λ = lim E α λ \mathrm{F}^{\lambda} = \lim \mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha} F λ = lim E α λ 表示它的逆极限。对于L中的固定λ ⩽ μ \lambda \leqslant \mu λ ⩽ μ ,从(11)得出映射的h α λ μ = f α α λ μ : E α μ → E α λ h^{\lambda\mu}_{\alpha} = f^{\lambda\mu}_{\alpha\alpha} : \mathrm{E}^{\mu}_{\alpha} \to \mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha} h α λ μ = f α α λ μ : E α μ → E α λ 形式逆系,其逆极限我们用h λ μ = lim h α λ μ : F μ → F λ h^{\lambda\mu} = \lim h^{\lambda\mu}_{\alpha} : \mathrm{F}^{\mu} \to \mathrm{F}^{\lambda} h λ μ = lim h α λ μ : F μ → F λ 表示。如果λ ⩽ μ ⩽ ν \lambda \leqslant \mu \leqslant \nu λ ⩽ μ ⩽ ν 在L中,我们有
(13)
h λ ν = h λ μ ∘ h μ ν h^{\lambda\nu} = h^{\lambda\mu} \circ h^{\mu\nu} h λ ν = h λ μ ∘ h μν
(no. 2,命题2,推论2);因此,相对于L,( F λ , h λ μ ) (\mathrm{F}^{\lambda}, h^{\lambda\mu}) ( F λ , h λ μ ) 是集合的逆系。令F = lim F λ \mathrm{F} = \lim \mathrm{F}^{\lambda} F = lim F λ 为其逆极限。我们将定义*规范的双射*F → E \mathrm{F} \to \mathrm{E} F → E 。为此,我们注 F 是∏ λ ∈ L F λ \prod_{\lambda \in \mathrm{L}} \mathrm{F}^{\lambda} ∏ λ ∈ L F λ 的定义子集,F λ \mathrm{F}^{\lambda} F λ 是∏ α ∈ I E α λ \prod_{\alpha \in \mathrm{I}} \mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha} ∏ α ∈ I E α λ 的子集;因此F可以被规范地识别为子集或∏ ( α , λ ) ∈ I × L E α λ = G \prod_{(\alpha, \lambda) \in \mathrm{I} \times \mathrm{L}} \mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha} = \mathrm{G} ∏ ( α , λ ) ∈ I × L E α λ = G (章II, § 5, no. 5,命题7)。对于每个 z ∈ G z \in \mathrm{G} z ∈ G ,令 p r λ ( z ) \mathrm{pr}^{\lambda}(z) pr λ ( z ) 表示 ∏ α ∈ I E α λ \prod_{\alpha \in \mathrm{I}} \mathrm{E}^{\lambda}_{\alpha} ∏ α ∈ I E α λ 的元素 ( p r α λ ( z ) ) α ∈ I (\mathrm{pr}^{\lambda}_{\alpha}(z))_{\alpha \in \mathrm{I}} ( pr α λ ( z ) ) α ∈ I 。那么 z ∈ F z \in \mathrm{F} z ∈ F 当且仅当
(14) p r λ ( z ) = h λ μ ( p r μ ( z ) ) \qquad \mathrm{pr}^{\lambda}(z) = h^{\lambda\mu}(\mathrm{pr}^{\mu}(z)) pr λ ( z ) = h λ μ ( pr μ ( z )) 每当 λ ⩽ μ \lambda \leqslant \mu λ ⩽ μ 在 L 时
和 p r λ ( z ) ∈ F λ \mathrm{pr}^{\lambda}(z) \in \mathrm{F}^{\lambda} pr λ ( z ) ∈ F λ 对于所有 λ ∈ L \lambda \in \mathrm{L} λ ∈ L ;也就是说,每当 α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β 在 I 时,我们有
(15)
p r α λ ( z ) = f α β λ λ ( p r β λ ( z ) ) . \mathrm{pr}^{\lambda}_{\alpha}(z) = f^{\lambda\lambda}_{\alpha\beta}(\mathrm{pr}^{\lambda}_{\beta}(z)). pr α λ ( z ) = f α β λλ ( pr β λ ( z )) .
但是h λ μ ( p r μ ( z ) ) = ( f α α μ λ ( p r α μ ( z ) ) α ∈ I h^{\lambda\mu}(\mathrm{pr}^{\mu}(z)) = (f^{\mu\lambda}_{\alpha\alpha}(\mathrm{pr}^{\mu}_{\alpha}(z))_{\alpha \in \mathrm{I}} h λ μ ( pr μ ( z )) = ( f α α μ λ ( pr α μ ( z ) ) α ∈ I ;因此,从 (14) 和 (15) 可以得出,如果 α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β 和 λ ⩽ μ \lambda \leqslant \mu λ ⩽ μ ,我们有
p r α λ ( z ) = f α α λ μ ( f α β μ μ ( p r β μ ( z ) ) ) = f α β λ μ ( p r β μ ( 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)), pr α λ ( z ) = f α α λ μ ( f α β μμ ( pr β μ ( z ))) = f α β λ μ ( pr β μ ( z )) ,
这意味着z ∈ E z \in \mathrm{E} z ∈ E 。 逆命题是显而易见的,因此我们证明了
如果* ( E α λ , f α β λ μ ) (\mathrm{E}^\lambda_\alpha, f^{\lambda\mu}_{\alpha\beta}) ( E α λ , f α β λ μ ) 是集合的逆系相对于乘积 I × L \mathrm{I} \times \mathrm{L} I × 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 ) l i m ← α , λ E α λ = l i m ← λ ( l i m ← α E α λ ) . (16) \qquad \varprojlim_{\alpha,\lambda} \mathrm{E}^\lambda_\alpha = \varprojlim_\lambda \; (\varprojlim_\alpha \mathrm{E}^\lambda_\alpha). ( 16 ) α , λ lim E α λ = λ lim ( α lim E α λ ) .
设*( E ′ α λ , f ′ α β μ λ ) (\mathrm{{E}'}^\lambda_\alpha, {f'}^{\mu\lambda}_{\alpha\beta}) ( E ′ α λ , f ′ α β μ λ ) *为集合的另一个逆系相对于*I × L \mathrm{I} \times \mathrm{L} I × L ,*并且对于每个*( α , λ ) ∈ I × L (\alpha, \lambda) \in \mathrm{I} \times \mathrm{L} ( α , λ ) ∈ I × L *让*u α λ u^\lambda_\alpha u α λ *为*E α λ \mathrm{E}^\lambda_\alpha E α λ *的映射*到* E ′ α λ \mathrm{{E}'}^\lambda_\alpha E ′ α λ *使得u α λ u^\lambda_\alpha u α λ *形式逆系等于映射。然后
引用了 1 引用了 命题 4
( 17 ) l i m ← α , λ u α λ = l i m ← λ ( l i m ← α u α λ ) . (17) \qquad \varprojlim_{\alpha,\lambda} u^\lambda_\alpha = \varprojlim_\lambda \; (\varprojlim_\alpha u^\lambda_\alpha). ( 17 ) α , λ lim u α λ = λ lim ( α lim u α λ ) .
验证与命题4类似。
设*( E α λ , f α β λ ) λ ∈ L (\mathrm{E}^\lambda_\alpha, f^\lambda_{\alpha\beta})_{\lambda \in \mathrm{L}} ( E α λ , f α β λ ) λ ∈ L *是逆系与集合相对于*I的家庭。 如果 ∏ λ ∈ L f α β λ \prod_{\lambda \in \mathrm{L}} f^\lambda_{\alpha\beta} ∏ λ ∈ L f α β λ 表示扩张至乘积 (章 II, § 5, no. 7, 定义 2) 属于映射 ( f α β λ ) λ ∈ L (f^\lambda_{\alpha\beta})_{\lambda \in \mathrm{L}} ( f α β λ ) λ ∈ L 的家族,*则* ( ∏ λ ∈ L E α λ , ∏ λ ∈ L f α β λ ) \left( \prod_{\lambda \in \mathrm{L}} \mathrm{E}^\lambda_\alpha, \prod_{\lambda \in \mathrm{L}} f^\lambda_{\alpha\beta} \right) ( ∏ λ ∈ L E α λ , ∏ λ ∈ L f α β λ ) 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 ) l i m ← α ∏ λ ∈ L E α λ = ∏ λ ∈ L ( l i m ← α E α λ ) . (18) \qquad \varprojlim_\alpha \prod_{\lambda \in \mathrm{L}} \mathrm{E}^\lambda_\alpha = \prod_{\lambda \in \mathrm{L}} (\varprojlim_\alpha \mathrm{E}^\lambda_\alpha). ( 18 ) α lim λ ∈ L ∏ E α λ = λ ∈ L ∏ ( α lim E α λ ) .
考虑双逆系( E α λ , g α β λ μ ) (\mathrm{E}^\lambda_\alpha, g^{\lambda\mu}_{\alpha\beta}) ( E α λ , g α β λ μ ) 相对于I × L \mathrm{I} \times \mathrm{L} I × 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)。
设*( E α , f α β ) (\mathrm{E}_\alpha, f_{\alpha\beta}) ( E α , f α β ) *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*f α β f_{\alpha\beta} f α β *是*满射的。 然后,如果 E = l i m ← E α \mathrm{E} = \varprojlim \mathrm{E}_\alpha E = lim E α ,*典范映射* f α : E → E α f_\alpha : \mathrm{E} \to \mathrm{E}_\alpha f α : E → E α 对于每个 α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I 都是满射(并且,更不必说, E 不为空,前提是 E α \mathrm{E}_\alpha E α *都不为空)。
引用了 1 引用了 命题 1
令( α n ) (\alpha_n) ( α 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 < n i < n i < n 和β n ⩾ α n \beta_n \geqslant \alpha_n β n ⩾ α n ,我们可以通过条件β 0 = α 0 , β n ⩾ β i \beta_0 = \alpha_0, \beta_n \geqslant \beta_i β 0 = α 0 , β n ⩾ β i 归纳出I的元素定义序列( β n ) (\beta_n) ( β n ) 。显然,序列( β n ) (\beta_n) ( β n ) 是递增,形式是I的并列子集。鉴于no. 1的命题1和α ⩽ β n \alpha \leqslant \beta_n α ⩽ β n 的关系f α = f α β n ∘ f β n f_\alpha = f_{\alpha\beta_n} \circ f_{\beta_n} f α = f α β n ∘ f β n ,对于I = N \mathrm{I} = \mathbf{N} I = N 的情况,我们只需要证明命题即可。而且,显然只要证明f 0 f_0 f 0 是满射即可。让x 0 ∈ E 0 x_0 \in \mathrm{E}_0 x 0 ∈ E 0 。 定义x n ∈ E n x_n \in \mathrm{E}_n x n ∈ E n (对于n ⩾ 1 n \geqslant 1 n ⩾ 1 )归纳为集合f − 1 n − 1 , n ( x n − 1 ) \overset{-1}{f}_{n-1,n}(x_{n-1}) f − 1 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 − m n - m n − m 上的归纳表明x m = f m n ( x n ) x_m = f_{mn}(x_n) x m = f mn ( x n ) 对应于m ⩽ n m \leqslant n m ⩽ n ,并且由此得出x = ( x n ) x = (x_n) x = ( x n ) 属于到E。
第二个标准涉及逆系( E α , f α β ) (\mathrm{E}_\alpha, f_{\alpha\beta}) ( E α , f α β ) 相对于指标集合I,这样对于每个α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I ,我们给出集合S α \mathfrak{S}_\alpha S α /子集E α \mathrm{E}_\alpha E α ,其中满足以下条件:
(i) 集合属于至S α \mathfrak{S}_\alpha S α 的每个交以及属于至S α \mathfrak{S}_\alpha S α 。
特别是(通过考虑空族的交)E α ∈ S α \mathrm{E}_\alpha \in \mathfrak{S}_\alpha E α ∈ S α 。
(ii) 如果子集F ⊂ S α \mathfrak{F} \subset \mathfrak{S}_\alpha F ⊂ S α 的集合使得集合属于到F \mathfrak{F} F 的每个有限交非空,则⋂ M ∈ F M \bigcap\limits_{\mathbf{M} \in \mathfrak{F}} \mathrm{M} M ∈ F ⋂ M 非空。
鉴于(i),显然(ii)等价于以下条件:
(ii)′ 如果 G ⊂ S α \mathfrak{G} \subset \mathfrak{S}_\alpha G ⊂ S α 是左有向的(相对于包含)并且不是包含空集,则 ⋂ M ∈ G M \bigcap\limits_{\mathbf{M} \in \mathfrak{G}} \mathrm{M} M ∈ G ⋂ M 非空。
(iii) 对于指标α \alpha α 、β \beta β 中的每个对,使得α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β ,以及每个x α ∈ E α x_\alpha \in \mathrm{E}_\alpha x α ∈ E α ,我们有f − 1 α β ( x α ) ∈ S β \overset{-1}{f}_{\alpha\beta}(x_\alpha) \in \mathfrak{S}_\beta f − 1 α β ( x α ) ∈ S β 。
(iv) 对于指标α \alpha α 、β \beta β 中的每个对,使得α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β ,以及每个M β ∈ S β \mathrm{M}_\beta \in \mathfrak{S}_\beta M β ∈ S β ,我们有f α β ( M β ) ∈ S α f_{\alpha\beta}(\mathrm{M}_\beta) \in \mathfrak{S}_\alpha f α β ( M β ) ∈ S α 。
对于每个α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I ,令E = l i m ← E α \mathrm{E} = \varprojlim \mathrm{E}_\alpha E = lim E α 和f α : E → E α f_\alpha : \mathrm{E} \to \mathrm{E}_\alpha f α : E → E α 为典范映射。然后:
(a) 对于每个 α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I 我们有
( 19 ) f α ( E ) = ⋂ β ⩾ α f α β ( E β ) . (19) \qquad f_\alpha(\mathrm{E}) = \bigcap_{\beta \geqslant \alpha} f_{\alpha\beta}(\mathrm{E}_\beta). ( 19 ) f α ( E ) = β ⩾ α ⋂ f α β ( E β ) .
(b) 如果对于每个 α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I E α \mathrm{E}_\alpha E α 非空,则 E 也非空。
令Σ \Sigma Σ 为家庭A = ( A α ) α ∈ I \mathfrak{A} = (\mathrm{A}_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{I}} A = ( A α ) α ∈ I 的集合,其中满足以下条件:
( 20 ) A α ≠ ∅ and A α ∈ S α for all α ∈ 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}; ( 20 ) A α = ∅ and A α ∈ S α for all α ∈ I ;
( 21 ) f α β ( A β ) ⊂ A α whenever α ⩽ β . (21) \qquad f_{\alpha\beta}(\mathrm{A}_\beta) \subset \mathrm{A}_\alpha \quad \textit{whenever} \quad \alpha \leqslant \beta. ( 21 ) f α β ( A β ) ⊂ A α whenever α ⩽ β .
如果A = ( A α ) \mathfrak{A} = (A_\alpha) A = ( A α ) 和A ′ = ( A α ′ ) \mathfrak{A}' = (A'_\alpha) A ′ = ( A α ′ ) 是Σ \Sigma Σ 中的任意两个元素,则让关系A ⩽ A ′ \mathfrak{A} \leqslant \mathfrak{A}' A ⩽ A ′ 意味着对于所有α \alpha α 来说A α ⊃ A α ′ A_\alpha \supset A'_\alpha A α ⊃ A α ′ 。显然,Σ \Sigma Σ 是按此关系“排序”的。
(1) 我们首先证明有序的集合 Σ \Sigma Σ 是*归纳*的。令L为全序集,令λ → A λ = ( A α λ ) α ∈ I \lambda \to \mathfrak{A}^\lambda = (A^\lambda_\alpha)_{\alpha \in I} λ → A λ = ( A α λ ) α ∈ I 为L到Σ \Sigma Σ 的严格递增的映射。对于每个α ∈ I \alpha \in I α ∈ I ,放入B α = ⋂ λ ∈ L A α λ B_\alpha = \bigcap_{\lambda \in L} A^\lambda_\alpha B α = ⋂ λ ∈ L A α λ 。那么立即可以看出家庭B = ( B α ) α ∈ I \mathfrak{B} = (B_\alpha)_{\alpha \in I} B = ( B α ) α ∈ I 满足(21);由于(i)和(ii),它也满足(20),因此属于到Σ \Sigma Σ ;显然,B \mathfrak{B} B 是A λ \mathfrak{A}^\lambda A λ 的集合中的上界。
(2) 设 A = ( A α ) \mathfrak{A} = (A_\alpha) A = ( A α ) 为 Σ \Sigma Σ 的*极大* 元素。每当α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β 时,我们都会证明A α = f α β ( A β ) A_\alpha = f_{\alpha\beta}(A_\beta) A α = f α β ( A β ) 。让A α ′ = ⋂ β ⩾ α f α β ( A β ) A'_\alpha = \bigcap_{\beta \geqslant \alpha} f_{\alpha\beta}(A_\beta) A α ′ = ⋂ β ⩾ α f α β ( A β ) 代表所有α ∈ I \alpha \in I α ∈ I ,并让我们证明A ′ = ( A α ′ ) \mathfrak{A}' = (A'_\alpha) A ′ = ( A α ′ ) 属于到Σ \Sigma Σ 。 注首先,如果α ⩽ β ⩽ γ \alpha \leqslant \beta \leqslant \gamma α ⩽ β ⩽ γ ,我们通过 (21) 得到 f α γ ( A γ ) = f α β ( f β γ ( A γ ) ) ⊂ f α β ( A β ) f_{\alpha\gamma}(A_\gamma) = f_{\alpha\beta}(f_{\beta\gamma}(A_\gamma)) \subset f_{\alpha\beta}(A_\beta) f α γ ( A γ ) = f α β ( f β γ ( A γ )) ⊂ f α β ( A β ) ;此外,f α β ( A β ) ∈ S α f_{\alpha\beta}(A_\beta) \in \mathfrak{S}_\alpha f α β ( A β ) ∈ S α 由(iv)计算,f α β ( A β ) ≠ ∅ f_{\alpha\beta}(A_\beta) \neq \emptyset f α β ( A β ) = ∅ 由(20)计算。因此条件(i)和(ii)表明A ′ \mathfrak{A}' A ′ 满足(20)。另外,如果α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β ,我们有
f α β ( A β ′ ) ⊂ ⋂ γ ⩾ β f α β ( f β γ ( A γ ) ) = ⋂ γ ⩾ β f α γ ( A γ ) ; 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); f α β ( A β ′ ) ⊂ γ ⩾ β ⋂ f α β ( f β γ ( A γ )) = γ ⩾ β ⋂ f α γ ( A γ ) ;
对于每个δ ⩾ α \delta \geqslant \alpha δ ⩾ α ,都存在γ ∈ I \gamma \in I γ ∈ I ,使得γ ⩾ δ \gamma \geqslant \delta γ ⩾ δ 和γ ⩾ β \gamma \geqslant \beta γ ⩾ β ,因而f α γ ( A γ ) ⊂ f α δ ( A δ ) f_{\alpha\gamma}(A_\gamma) \subset f_{\alpha\delta}(A_\delta) f α γ ( A γ ) ⊂ f α δ ( A δ ) ,因而
⋂ γ ⩾ β f α γ ( A γ ) = ⋂ δ ⩾ α f α δ ( A δ ) = A α ′ . \bigcap_{\gamma \geqslant \beta} f_{\alpha\gamma}(A_\gamma) = \bigcap_{\delta \geqslant \alpha} f_{\alpha\delta}(A_\delta) = A'_\alpha. γ ⩾ β ⋂ f α γ ( A γ ) = δ ⩾ α ⋂ f α δ ( A δ ) = A α ′ .
因而 A ′ \mathfrak{A}' A ′ 满足 (21),因此属于到 Σ \Sigma Σ 。由于A α ′ ⊂ A α A'_\alpha \subset A_\alpha A α ′ ⊂ A α 对于所有α \alpha α ,Σ \Sigma Σ 中A \mathfrak{A} A 的最大值意味着A ′ = A \mathfrak{A}' = \mathfrak{A} A ′ = A ,并且我们的断言被证明。
(3) 接下来我们将确定,如果A = ( A α ) \mathfrak{A} = (A_\alpha) A = ( A α ) 是Σ \Sigma Σ 的*极大*元素,那么每个A α A_\alpha A α *都由单个元素*组成。让x α ∈ A α x_\alpha \in A_\alpha x α ∈ A α 。对于每个β ⩾ α \beta \geqslant \alpha β ⩾ α ,放入B β = A β ∩ f − 1 α β ( x α ) B_\beta = A_\beta \cap \overset{-1}{f}_{\alpha\beta}(x_\alpha) B β = A β ∩ f − 1 α β ( x α ) ;如果β \beta β 不是⩾ α \geqslant \alpha ⩾ α ,则放入B β = A β B_\beta = A_\beta B β = A β ;那么我们将看到B = ( B β ) \mathfrak{B} = (B_\beta) B = ( B β ) 属于到Σ \Sigma Σ 。如果β \beta β 不是⩾ α \geqslant \alpha ⩾ α ,则关系β ⩽ γ \beta \leqslant \gamma β ⩽ γ 意味着f β γ ( B γ ) ⊂ f β γ ( A γ ) ⊂ A β = B β f_{\beta\gamma}(B_\gamma) \subset f_{\beta\gamma}(A_\gamma) \subset A_\beta = B_\beta f β γ ( B γ ) ⊂ f β γ ( A γ ) ⊂ A β = B β 。另一方面,如果α ⩽ β ⩽ γ \alpha \leqslant \beta \leqslant \gamma α ⩽ β ⩽ γ ,那么从那时起
f − 1 α γ ( x α ) = f − 1 β γ ( f − 1 α β ( x α ) ) , \overset{-1}{f}_{\alpha\gamma}(x_\alpha) = \overset{-1}{f}_{\beta\gamma}(\overset{-1}{f}_{\alpha\beta}(x_\alpha)), f − 1 α γ ( x α ) = f − 1 β γ ( f − 1 α β ( x α )) ,
我们有
f β γ ( f − 1 α γ ( x α ) ) ⊂ f − 1 α β ( x α ) , f_{\beta\gamma}(\overset{-1}{f}_{\alpha\gamma}(x_\alpha)) \subset \overset{-1}{f}_{\alpha\beta}(x_\alpha), f β γ ( f − 1 α γ ( x α )) ⊂ f − 1 α β ( x α ) ,
从f β γ ( A γ ) ⊂ A β f_{\beta\gamma}(A_\gamma) \subset A_\beta f β γ ( A γ ) ⊂ A β 开始,我们又得到了f β γ ( B γ ) ⊂ B β f_{\beta\gamma}(B_\gamma) \subset B_\beta f β γ ( B γ ) ⊂ B β ,因此族B \mathfrak{B} B 满足(21)。由于A α = f α β ( A β ) A_\alpha = f_{\alpha\beta}(A_\beta) A α = f α β ( A β ) 每当α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β 乘以证明的部分(2),显然B β ≠ ∅ \mathrm{B}_\beta \neq \emptyset B β = ∅ 对于所有β ∈ I \beta \in \mathrm{I} β ∈ I 。最后,根据 (i) 和 (iii),对于所有 β ∈ I \beta \in \mathrm{I} β ∈ I ,我们有 B β ∈ S β \mathrm{B}_\beta \in \mathfrak{S}_\beta B β ∈ S β ,因此也有 B ∈ Σ \mathfrak{B} \in \Sigma B ∈ Σ 。由于B β ⊂ A β \mathrm{B}_\beta \subset \mathrm{A}_\beta B β ⊂ A β 对于所有β ∈ I \beta \in \mathrm{I} β ∈ I ,A \mathfrak{A} A 的最大值意味着B β = A β \mathrm{B}_\beta = \mathrm{A}_\beta B β = A β 对于所有β \beta β ,特别是A α = { x α } \mathrm{A}_\alpha = \{x_\alpha\} A α = { x α } 。
(4) 我们现在可以证明定理 1。让我们从(a)开始。我们有
f α ( E ) ⊂ ⋂ β ⩾ α f α β ( E β ) . f_\alpha(\mathrm{E}) \subset \bigcap_{\beta \geqslant \alpha} f_{\alpha\beta}(\mathrm{E}_\beta). f α ( E ) ⊂ β ⩾ α ⋂ f α β ( E β ) .
相反,让
x α ∈ ⋂ β ⩾ α f α β ( E β ) , x_\alpha \in \bigcap_{\beta \geqslant \alpha} f_{\alpha\beta}(\mathrm{E}_\beta), x α ∈ β ⩾ α ⋂ f α β ( E β ) ,
并把
B β = f − 1 α β ( x α ) \mathrm{B}_\beta = \overset{-1}{f}_{\alpha\beta}(x_\alpha) B β = f − 1 α β ( x α )
如果β ⩾ α \beta \geqslant \alpha β ⩾ α ,则B β = E β \mathrm{B}_\beta = \mathrm{E}_\beta B β = E β 。到 x α x_\alpha x α 的定义时,B β \mathrm{B}_\beta B β 非空,并且凭借 (iii) 和 (i),我们对所有 β ∈ I \beta \in \mathrm{I} β ∈ I 拥有 B β ∈ S β \mathrm{B}_\beta \in \mathfrak{S}_\beta B β ∈ S β ;此外,很明显,每当β ⩽ γ \beta \leqslant \gamma β ⩽ γ 时,f β γ ( B γ ) ⊂ B β f_{\beta\gamma}(\mathrm{B}_\gamma) \subset \mathrm{B}_\beta f β γ ( B γ ) ⊂ B β 。因此B = ( B β ) ∈ Σ \mathfrak{B} = (\mathrm{B}_\beta) \in \Sigma B = ( B β ) ∈ Σ 。令A = ( A α ) \mathfrak{A} = (\mathrm{A}_\alpha) A = ( A α ) 为Σ \Sigma Σ 的极大元素,使得A ⩾ B \mathfrak{A} \geqslant \mathfrak{B} A ⩾ B (A \mathfrak{A} 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} β ∈ I ,A β \mathrm{A}_\beta A β 是形式 { y β } \{y_\beta\} { y β } ,因此,y = ( y β ) y = (y_\beta) y = ( y β ) 属于到 E,以及 f α ( y ) = y α = x α f_\alpha(y) = y_\alpha = x_\alpha f α ( y ) = y α = x α 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 E α \mathrm{E}_\alpha E α 非空意味着 f α β ( E β ) ≠ ∅ f_{\alpha\beta}(\mathrm{E}_\beta) \neq \emptyset f α β ( E β ) = ∅ 对于所有 β ⩾ α \beta \geqslant \alpha β ⩾ α 。由于f α β ( E β ) f_{\alpha\beta}(\mathrm{E}_\beta) f α β ( E β ) ,对于固定α \alpha α 和可变β ⩾ α \beta \geqslant \alpha β ⩾ α ,形式E α \mathrm{E}_\alpha E α 属于的子集左有向集合到S α \mathfrak{S}_\alpha S α ,条件 (ii)′ ' ′ 证明那个
⋂ β ⩾ α f α β ( E β ) ≠ ∅ . \bigcap_{\beta \geqslant \alpha} f_{\alpha\beta}(\mathrm{E}_\beta) \neq \emptyset. β ⩾ α ⋂ f α β ( E β ) = ∅.
因此 (a) 为 f α ( E ) ≠ ∅ f_\alpha(\mathrm{E}) \neq \emptyset f α ( E ) = ∅ ,并且 更不必说 E ≠ ∅ \mathrm{E} \neq \emptyset E = ∅ 。 Q.E.D.
如果E α E_\alpha E α 是*有限*集合,则可以通过将S α \mathfrak{S}_\alpha S α 取为E α E_\alpha E α 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E α E_\alpha E α 是*紧凑*拓扑空间、f α β f_{\alpha\beta} f α β *连续*映射、以及*封闭*子集的S α \mathfrak{S}_\alpha S α 集合的情况E α E_\alpha E α (*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
\* 设 A 为环和单位元素,对于每个 α ∈ I \alpha \in I α ∈ I ,令 T α T_\alpha T α 为 阿廷的 左A-模。令E α E_\alpha E α 为T α T_\alpha T α 的*同质空间*,T α T_\alpha T α 忠实地在其上运行(因此E α E_\alpha E α 是附加到T α T_\alpha T α 的*仿射空间*)。对于 β ⩾ α \beta \geqslant \alpha β ⩾ α ,假设 f α β : E β → E α f_{\alpha\beta} : E_\beta \to E_\alpha f α β : E β → E α 是*仿射映射*。取S α \mathfrak{S}_\alpha S α 为空集的集合由……组成以及E α E_\alpha E α 中的*仿射线性簇*。那么条件 (i) 是平凡满足的,并且 (ii) 由T α T_\alpha T α 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 ∈ F M \in \mathfrak{F} M ∈ F 中存在最小元素,并且这个最小元素必须等于 ⋂ M ∈ F M \bigcap_{M \in \mathfrak{F}} M ⋂ M ∈ F M 。最后,由于 f α β f_{\alpha\beta} f α β 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( E α ) α ∈ I (E_\alpha)_{\alpha \in I} ( E α ) α ∈ I 为由I索引的集合族。对于I的元素的每个对( α , β ) (\alpha, \beta) ( α , β ) 使得α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β ,令f β α f_{\beta\alpha} f β α 是*E α E_\alpha E α *到*E β E_\beta E β 的*映射。假设 f β α f_{\beta\alpha} f β α 满足以下条件 :
(LII _\mathrm{I} I ) 关系 α ⩽ β ⩽ γ \alpha \leqslant \beta \leqslant \gamma α ⩽ β ⩽ γ 暗示 f γ α = f γ β ∘ f β α f_{\gamma\alpha} = f_{\gamma\beta} \circ f_{\beta\alpha} f γ α = f γ β ∘ f β α 。 (LII I _\mathrm{II} II ) 对于每个 α ∈ I , f α α \alpha \in I, f_{\alpha\alpha} α ∈ I , f α α 是 E α E_\alpha E α 的恒等映射。
Let G be the set which is the sum of the family of sets ( E α ) α ∈ I (E_\alpha)_{\alpha \in I} ( E α ) α ∈ I (Chapter II, § 4, no. 8); by abuse of language, we shall identify the E α E_\alpha E α with their canonical images in G, and for each x ∈ G x \in G x ∈ G we shall denote by λ ( x ) \lambda(x) λ ( x ) the unique index α ∈ I \alpha \in I α ∈ I such that x ∈ E α x \in E_\alpha x ∈ E α . 让R { x , y } R\{x, y\} R { x , y } 表示G的两个元素、x x x 、y y y 之间的关系:“存在元素γ ∈ I \gamma \in I γ ∈ I 使得γ ⩾ α = λ ( x ) \gamma \geqslant \alpha = \lambda(x) γ ⩾ α = λ ( x ) 和γ ⩾ β = λ ( y ) \gamma \geqslant \beta = \lambda(y) γ ⩾ β = λ ( y ) 对于f γ α ( x ) = f γ β ( y ) f_{\gamma\alpha}(x) = f_{\gamma\beta}(y) f γ α ( x ) = f γ β ( 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 ∈ E α , y ∈ E β , z ∈ E γ x \in E_\alpha, y \in E_\beta, z \in E_\gamma x ∈ E α , y ∈ E β , z ∈ E γ ,并假设存在λ ∈ I \lambda \in I λ ∈ I 使得λ ⩾ α \lambda \geqslant \alpha λ ⩾ α 、λ ⩾ β \lambda \geqslant \beta λ ⩾ β 和f λ α ( x ) = f λ β ( y ) f_{\lambda\alpha}(x) = f_{\lambda\beta}(y) f λ α ( x ) = f λ β ( y ) ,以及μ ∈ I \mu \in I μ ∈ I 使得μ ⩾ β \mu \geqslant \beta μ ⩾ β 、μ ⩾ γ \mu \geqslant \gamma μ ⩾ γ 和f μ β ( y ) = f μ γ ( z ) f_{\mu\beta}(y) = f_{\mu\gamma}(z) f μ β ( y ) = f μ γ ( z ) 。 由于I是有向集合,因此存在ν ∈ I \nu \in I ν ∈ I 使得ν ⩾ λ \nu \geqslant \lambda ν ⩾ λ 和ν ⩾ μ \nu \geqslant \mu ν ⩾ μ ;
到 ( L I I ) (\mathrm{LI_I}) ( L I I ) 我们就有
f ν α ( x ) = f ν λ ( f λ α ( x ) ) = f ν λ ( f λ β ( y ) ) = f ν β ( y ) f_{\nu\alpha}(x) = f_{\nu\lambda}(f_{\lambda\alpha}(x)) = f_{\nu\lambda}(f_{\lambda\beta}(y)) = f_{\nu\beta}(y) f ν α ( x ) = f ν λ ( f λ α ( x )) = f ν λ ( f λ β ( y )) = f ν β ( y )
= f ν μ ( f μ β ( y ) ) = f ν μ ( f μ γ ( z ) ) = f ν γ ( z ) , = f_{\nu\mu}(f_{\mu\beta}(y)) = f_{\nu\mu}(f_{\mu\gamma}(z)) = f_{\nu\gamma}(z), = f ν μ ( f μ β ( y )) = f ν μ ( f μ γ ( z )) = f ν γ ( z ) ,
这就建立了我们的断言。 商集 E = G / R \mathrm{E} = \mathrm{G/R} E = G/R 相对于映射* ( f β α ) (f_{\beta\alpha}) ( f β α ) 的家族被称为 直极限家族 ( E α ) α ∈ I (\mathrm{E}_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{I}} ( E α ) α ∈ I ,并写作 E = l i m → ( E α , f β α ) \mathrm{E} = \varinjlim (\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}) E = lim ( E α , f β α ) ,或在不存在歧义的情况下简称为 E = l i m → E α \mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha E = lim E α 。通过滥用语言,对( ( E α ) , ( f β α ) ) ((\mathrm{E}_\alpha), (f_{\beta\alpha})) (( E α ) , ( f β α )) (通常写作( E α , f β α ) (\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}) ( E α , f β α ) )被称为集合 的*直接系统,相对于有向集合I。
¶ 显然,只要 E α \mathrm{E}_\alpha E α 中至少有一个不为空,E 就不为空。我们用G的典范映射f f f 的f α f_\alpha f α 限制到E α \mathrm{E}_\alpha E α 到E = G / R \mathrm{E} = \mathrm{G/R} E = G/R 来表示; f α f_\alpha f α 被称为 E α \mathrm{E}_\alpha E α 到 E 中的*典范映射*。如果α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β ,我们有关系
(22)
f β ∘ f β α = f α f_\beta \circ f_{\beta\alpha} = f_\alpha f β ∘ f β α = f α
因为对于每个x ∈ E α x \in \mathrm{E}_\alpha x ∈ E α ,我们有f β β ( f β α ( x ) ) = f β α ( x ) f_{\beta\beta}(f_{\beta\alpha}(x)) = f_{\beta\alpha}(x) f β β ( f β α ( x )) = f β α ( x ) 乘以( L I I ) (\mathrm{LI_I}) ( L I I ) ;因此元素 x ∈ E α x \in \mathrm{E}_\alpha x ∈ E α 和 f β α ( x ) ∈ E β f_{\beta\alpha}(x) \in \mathrm{E}_\beta f β α ( x ) ∈ E β 是全等的 mod R。
例
设A,B为两个集合,并令( V α ) α ∈ I (\mathrm{V}_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{I}} ( V α ) α ∈ 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 α ⩽ β 蕴涵V β ⊂ V α \mathrm{V}_\beta \subset \mathrm{V}_\alpha V β ⊂ V α 。让E α \mathrm{E}_\alpha E α 表示B中V α \mathrm{V}_\alpha V α 的所有映射的集合,并且对于指标( α , β ) (\alpha, \beta) ( α , β ) 的每个对,使得α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β 让f β α f_{\beta\alpha} f β α 成为E α \mathrm{E}_\alpha E α 的映射进入E β \mathrm{E}_\beta E β 将每个函数 u ∈ E α u \in \mathrm{E}_\alpha u ∈ E α 发送到其 限制 到 V β \mathrm{V}_\beta V β 。显然,条件( L I I ) (\mathrm{LI_I}) ( L I I ) 和( L I I I ) (\mathrm{LI_{II}}) ( L I II ) 满足,集合E = l i m → E α \mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha E = lim E α 被称为V α \mathrm{V}_\alpha V α 的映射**菌的集合进入B。\*最常见的情况是( V α ) (\mathrm{V}_\alpha) ( V α ) 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
假设对于每个 α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I ,E α \mathrm{E}_\alpha E α 都是相同的集合 F,并且无论何时 α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β ,f β α f_{\beta\alpha} f β α 都是 F 自身的恒等映射。那么存在l i m → E α \varinjlim \mathrm{E}_\alpha lim E α 到F的*规范双射*。在序到定义l i m → E α \varinjlim \mathrm{E}_\alpha lim E α ,我们必须形式集合G,这是( E α ) (\mathrm{E}_\alpha) ( E α ) 族的和;因此,G 是相互不相交的集合的( G α ) (\mathrm{G}_\alpha) ( G α ) 族的并,并且对于每个α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I ,都有一个规范的双射h α : F → G α h_\alpha : \mathrm{F} \to \mathrm{G}_\alpha h α : F → G α 。接下来我们要考虑 G 相应的到划分 ( P y ) y ∈ F (\mathrm{P}_y)_{y \in \mathrm{F}} ( P y ) y ∈ F 上的等价关系 R,其中 P y \mathrm{P}_y P y 是所有 h α ( y ) h_\alpha(y) h α ( y ) 的集合,因为 α \alpha α 穿过 I。显然,y → P y y \to \mathrm{P}_y y → 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l i m → E α \varinjlim \mathrm{E}_\alpha lim E α 进行组合。
被以下引用 1 被以下引用 注
设*( E α , f β α ) (\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}) ( E α , f β α ) *为集合的直接系统,*E = l i m → E α \mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha E = lim E α *其直极限,并且对于每个*α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I *让*f α : E α → E f_\alpha \colon \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{E} f α : E α → 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} ( x ( i ) ) 1 ⩽ i ⩽ n 为 E 的元素的有限系统。 则存在 α ∈ I \alpha \in I α ∈ I 和 E α E_\alpha E α 的元素的有限系统 ( x α ( i ) ) 1 ⩽ i ⩽ n (x_\alpha^{(i)})_{1 \leqslant i \leqslant n} ( x α ( i ) ) 1 ⩽ i ⩽ n 这样 x ( i ) = f α ( x α ( i ) ) x^{(i)} = f_\alpha(x_\alpha^{(i)}) x ( i ) = f α ( x α ( i ) ) *对于*1 ⩽ i ⩽ n 1 \leqslant i \leqslant n 1 ⩽ i ⩽ n 。
(ii) 设 ( y α ( i ) ) 1 ⩽ i ⩽ n (y_\alpha^{(i)})_{1 \leqslant i \leqslant n} ( y α ( i ) ) 1 ⩽ i ⩽ n 为某些 E α E_\alpha E α 的元素的有限系统。 如果 f α ( y α ( i ) ) = f α ( y α ( j ) ) f_\alpha(y_\alpha^{(i)}) = f_\alpha(y_\alpha^{(j)}) f α ( y α ( i ) ) = f α ( y α ( j ) ) *对于指标*( i , j ) (i, j) ( i , j ) 的每个对,*则存在*β ⩾ α \beta \geqslant \alpha β ⩾ α *使得*f β α ( y α ( i ) ) = f β α ( y α ( j ) ) f_{\beta\alpha}(y_\alpha^{(i)}) = f_{\beta\alpha}(y_\alpha^{(j)}) f β α ( y α ( i ) ) = f β α ( y α ( j ) ) *对于每个对*( i , j ) (i, j) ( i , j ) 。
(i) 通过 E 的定义,每个 i i i 指标 β i ∈ I \beta_i \in I β i ∈ I 和元素 z β i ∈ E β i z_{\beta_i} \in E_{\beta_i} z β i ∈ E β i 都存在x ( i ) = f β i ( z β i ) x^{(i)} = f_{\beta_i}(z_{\beta_i}) x ( i ) = f β i ( z β i ) 。取α \alpha α ,使得α ⩾ β i \alpha \geqslant \beta_i α ⩾ β i 代表1 ⩽ i ⩽ n 1 \leqslant i \leqslant n 1 ⩽ i ⩽ n ,以及x α ( i ) = f α β i ( z β i ) x_\alpha^{(i)} = f_{\alpha\beta_i}(z_{\beta_i}) x α ( i ) = f α β i ( z β i ) 。
(ii) 通过 E 的定义,对于每个对( i , j ) (i, j) ( i , j ) ,存在γ i j ∈ I \gamma_{ij} \in I γ ij ∈ I ,使得γ i j ⩾ α \gamma_{ij} \geqslant \alpha γ ij ⩾ α 和f γ i j α ( y α ( i ) ) = f γ i j α ( y α ( j ) ) f_{\gamma_{ij}\alpha}(y_\alpha^{(i)}) = f_{\gamma_{ij}\alpha}(y_\alpha^{(j)}) f γ ij α ( y α ( i ) ) = f γ ij α ( y α ( j ) ) 。采用 β \beta β 使得 β ⩾ γ i j \beta \geqslant \gamma_{ij} β ⩾ γ ij 对于所有对 ( i , j ) (i, j) ( i , j ) ,并使用关系 f β α = f β γ i j ∘ f γ i j α f_{\beta\alpha} = f_{\beta\gamma_{ij}} \circ f_{\gamma_{ij}\alpha} f β α = f β γ ij ∘ f γ ij α 。
6. 直接系统 / 映射
设*I*为有向集合,让*( E α , f β α ) (E_\alpha, f_{\beta\alpha}) ( E α , f β α ) *为集合相对于*I的直接系统,*让*E = l i m → E α E = \varinjlim E_\alpha E = lim E α *为直极限,并且对于每个*α ∈ I \alpha \in I α ∈ 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
f α : E α → E f_\alpha : E_\alpha \to E f α : E α → E
为典范映射。对于每个 α ∈ I \alpha \in I α ∈ I ,*让* u α u_\alpha u α 成为 E α E_\alpha E α *的映射 进入集合 F 这样
(23)
u β ∘ f β α = u α whenever α ⩽ β . u_\beta \circ f_{\beta\alpha} = u_\alpha \qquad \textit{whenever } \alpha \leqslant \beta. u β ∘ f β α = u α whenever α ⩽ β .
然后:
(a) 存在唯一映射 u u u *E 进入 F 这样
(24)
u α = u ∘ f α for all α ∈ I . u_\alpha = u \circ f_\alpha \qquad \textit{for all } \alpha \in I. u α = u ∘ f α for all α ∈ I .
(b) u u u 是满射当且仅当 F 是并 of 集合 u α ( E α ) u_\alpha(E_\alpha) u α ( E α ) 。
(c) u u u 是单射当且仅当对于每个 α ∈ I \alpha \in I α ∈ I 关系 x ∈ E α x \in E_\alpha x ∈ E α 、y ∈ E α y \in E_\alpha y ∈ E α 、u α ( x ) = u α ( y ) u_\alpha(x) = u_\alpha(y) u α ( x ) = u α ( y ) 意味着存在 β ⩾ α \beta \geqslant \alpha β ⩾ α 使得 f β α ( x ) = f β α ( y ) f_{\beta\alpha}(x) = f_{\beta\alpha}(y) f β α ( x ) = f β α ( y ) 。
(a) 对于no. 5的记号,令v v v 为G到F中的映射,对于每个α ∈ I \alpha \in I α ∈ I (章II, § 4, no. 7,命题8),它与E α E_\alpha E α 上的u α u_\alpha u α 一致。 假设意味着v v v 与等价关系 R 相容的(章 II, § 6, no. 5);因此,F 中存在 E = G / R E = G/R E = G / R 的唯一映射 u u u ,使得 v = u ∘ f v = u \circ f v = u ∘ f (loc.cit. )。
(b) 由于 E 是 f α ( E α ) f_\alpha(E_\alpha) f α ( E α ) 的并,因此关系 F = ⋃ α ∈ I u α ( E α ) F = \bigcup_{\alpha \in I} u_\alpha(E_\alpha) F = ⋃ α ∈ I u α ( E α ) 显然对于u u u 是满射而言是充分必要的。
(c) 通过no. 5的引理 1,E \mathbf{E} E 的任何两个元素总是可以写成形式f α ( x ) f_\alpha(x) f α ( x ) 和f α ( y ) f_\alpha(y) f α ( y ) ,其中x ∈ E α x \in \mathrm{E}_\alpha x ∈ E α 和y ∈ E α y \in \mathrm{E}_\alpha y ∈ E α ,对于合适的选择 α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I 。从引理还可以得出,关系f α ( x ) = f α ( y ) f_\alpha(x) = f_\alpha(y) f α ( x ) = f α ( y ) 等价于β ⩾ α \beta \geqslant \alpha β ⩾ α 的存在,使得f β α ( x ) = f β α ( y ) f_{\beta\alpha}(x) = f_{\beta\alpha}(y) f β α ( x ) = f β α ( y ) 。从u α ( x ) = u ( f α ( x ) ) u_\alpha(x) = u(f_\alpha(x)) u α ( x ) = u ( f α ( x )) 和u α ( y ) = u ( f α ( y ) ) u_\alpha(y) = u(f_\alpha(y)) u α ( y ) = u ( f α ( y )) 开始,这完成了证明。
¶ 如果映射 u u u 是*双射的*,则有时通过滥用语言表示,F 是( E α ) (\mathrm{E}_\alpha) ( E α ) 家族的直极限。
令*( E α , f β α ) (\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}) ( E α , f β α ) *和*( F α , g β α ) (\mathrm{F}_\alpha, g_{\beta\alpha}) ( F α , g β α ) *为集合中的两个直接系统相对于相同的指标集合*I; 让 E = l i m → E α \mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha E = lim E α ,F = l i m → F α \mathrm{F} = \varinjlim \mathrm{F}_\alpha F = lim F α ,*并且对于每个* α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I 让 f α f_\alpha f α (*分别* g α g_\alpha g α )*成为* E α \mathrm{E}_\alpha E α (*分别* F α \mathrm{F}_\alpha F α )的典范映射*进入* E(*分别* F)。 对于每个 α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I 让 u α u_\alpha u α 成为 E α \mathrm{E}_\alpha E α *的映射 进入 F α \mathrm{F}_\alpha F α 这样,每当 α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β ,*图表
引用了 1 引用了 命题 6
E α ⟶ u α F α f β α ↓ ↓ g β α E β ⟶ u β F β \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} E α f β α ↓ ⏐ E β ⟶ u α u β ⟶ F α ↓ ⏐ g β α F β
* 是可交换的。那么存在唯一映射* u : E → F u : \mathrm{E} \rightarrow \mathrm{F} u : E → F 这样,对于每个 α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I ,*图表*
E α ⟶ u α F α f α ↓ ↓ g α E ⟶ u F \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} E α f α ↓ ⏐ E ⟶ u α u ⟶ F α ↓ ⏐ g α F
是可交换的。
把v α = g α ∘ u α v_\alpha = g_\alpha \circ u_\alpha v α = g α ∘ u α 。如果 α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β ,则由 (22) 我们有
v β ∘ f β α = g β ∘ u β ∘ f β α = g β ∘ g β α ∘ u α = g α ∘ u α = v α . 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. v β ∘ f β α = g β ∘ u β ∘ f β α = g β ∘ g β α ∘ u α = g α ∘ u α = v α .
因此,我们可以应用命题 6 到映射 v α v_\alpha v α ,从而映射 u : E → F u : \mathrm{E} \to \mathrm{F} u : E → F 的存在和唯一性使得
u ∘ f α = v α = g α ∘ u α u \circ f_\alpha = v_\alpha = g_\alpha \circ u_\alpha u ∘ f α = v α = g α ∘ u α
对于所有α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I 。
¶ 满足推论 1 的条件的映射 u α : E α → F α u_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{F}_\alpha u α : E α → F α 族称为 ( E α , f β α ) (\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}) ( E α , f β α ) 的映射* 的 直接系统到 ( F α , g β α ) (\mathrm{F}_\alpha, g_{\beta\alpha}) ( F α , g β α ) 。推论1中定义的映射被称为( u α ) (u_\alpha) ( u α ) 族的 直极限*,并且在不存在歧义的情况下写作u = l i m → u α u = \varinjlim u_\alpha u = lim u α 。
令*( E α , f β α ) (\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}) ( E α , f β α ) 、( F α , g β α ) (\mathrm{F}_\alpha, g_{\beta\alpha}) ( F α , g β α ) 、( G α , h β α ) (\mathrm{G}_\alpha, h_{\beta\alpha}) ( G α , h β α ) *为集合相对于*I的三个直接系统。 令 E = l i m → E α \mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha E = lim E α 、F = l i m → F α \mathrm{F} = \varinjlim \mathrm{F}_\alpha F = lim F α 、G = l i m → G α \mathrm{G} = \varinjlim \mathrm{G}_\alpha G = lim G α 、*并令* f α f_\alpha f α (分别 g α g_\alpha g α 、h α h_\alpha h α *)为* E α \mathrm{E}_\alpha E α (分别 F α \mathrm{F}_\alpha F α 、G α \mathrm{G}_\alpha G α *)的典范映射* E (分别 F、G*)。如果*( u α ) (u_\alpha) ( u α ) *和*( v α ) (v_\alpha) ( v α ) *是映射*u α : E α → F α u_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{F}_\alpha u α : E α → F α 、v α : F α → G α v_\alpha : \mathrm{F}_\alpha \to \mathrm{G}_\alpha v α : F α → G α 中的两个直接系统,*则映射中的映射*v α ∘ u α : E α → G α v_\alpha \circ u_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{G}_\alpha v α ∘ u α : E α → G α *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)
l i m → ( v α ∘ u α ) = ( l i m → v α ) ∘ ( l i m → u α ) . \varinjlim (v_\alpha \circ u_\alpha) = (\varinjlim v_\alpha) \circ (\varinjlim u_\alpha). lim ( v α ∘ u α ) = ( lim v α ) ∘ ( lim u α ) .
因为如果我们输入w α = v α ∘ u α w_\alpha = v_\alpha \circ u_\alpha w α = v α ∘ u α ,那么对于α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β ,我们有
h β α ∘ w α = ( h β α ∘ v α ) ∘ u α = ( v β ∘ g β α ) ∘ u α = v β ∘ ( u β ∘ f β α ) = w β ∘ f β α , 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}, h β α ∘ w α = ( h β α ∘ v α ) ∘ u α = ( v β ∘ g β α ) ∘ u α = v β ∘ ( u β ∘ f β α ) = w β ∘ f β α ,
这表明 ( w α ) (w_\alpha) ( w α ) 是映射的直接系统。此外,如果 u = l i m → u α u = \varinjlim u_\alpha u = lim u α 和 v = l i m → v α v = \varinjlim v_\alpha v = lim v α ,那么对于所有 α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I 我们有
( v ∘ u ) ∘ f α = v ∘ ( g α ∘ u α ) = h α ∘ ( v α ∘ u α ) , (v \circ u) \circ f_\alpha = v \circ (g_\alpha \circ u_\alpha) = h_\alpha \circ (v_\alpha \circ u_\alpha), ( v ∘ u ) ∘ f α = v ∘ ( g α ∘ u α ) = h α ∘ ( v α ∘ u α ) ,
凭借直极限的唯一性,我们有v ∘ u = l i m → w α v \circ u = \varinjlim w_\alpha v ∘ u = lim w α 。
令*( E α , f β α ) (\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}) ( E α , f β α ) *和*( E α ′ , f β α ′ ) (\mathrm{E}'_\alpha, f'_{\beta\alpha}) ( E α ′ , f β α ′ ) *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} α ∈ I *让*u α u_\alpha u α *为*E α \mathrm{E}_\alpha E α *的映射*到* E α ′ \mathrm{E}'_\alpha E α ′ *使得映射的*u α u_\alpha u α *形式直接系统。让*u = l i m → u α u = \varinjlim u_\alpha u = lim u α 。 如果每个 u α u_\alpha u α 是单射 (或*满射*)*则* u u u 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 = l i m → E α \mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha E = lim E α 、E ′ = l i m → E α ′ \mathrm{E}' = \varinjlim \mathrm{E}'_\alpha E ′ = lim E α ′ ,并令f α : E α → E f_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{E} f α : E α → E 、f α ′ : E α ′ → E ′ f'_\alpha : \mathrm{E}'_\alpha \to \mathrm{E}' f α ′ : E α ′ → E ′ 为典范映射。假设每个 u α u_\alpha u α 都是单射的。为了证明u u u 是单射的,通过命题6,验证如果x ∈ E α x \in \mathrm{E}_\alpha x ∈ E α 和y ∈ E α y \in \mathrm{E}_\alpha y ∈ E α 使得f α ′ ( u α ( x ) ) = f α ′ ( u α ( y ) ) f'_\alpha(u_\alpha(x)) = f'_\alpha(u_\alpha(y)) f α ′ ( u α ( x )) = f α ′ ( u α ( y )) ,那么存在β ⩾ α \beta \geqslant \alpha β ⩾ α 使得f β α ( x ) = f β α ( y ) f_{\beta\alpha}(x) = f_{\beta\alpha}(y) f β α ( x ) = f β α ( y ) 。现在假设意味着 (no. 6, 引理 1) 存在 β ⩾ α \beta \geqslant \alpha β ⩾ α 使得
f β α ′ ( u α ( x ) ) = f β α ′ ( u α ( y ) ) , i.e., u β ( f β α ( x ) ) = u β ( f β α ( 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)), f β α ′ ( u α ( x )) = f β α ′ ( u α ( y )) , i.e., u β ( f β α ( x )) = u β ( f β α ( y )) ,
因此 f β α ( x ) = f β α ( y ) f_{\beta\alpha}(x) = f_{\beta\alpha}(y) f β α ( x ) = f β α ( y ) 因为 u β u_\beta u β 是单射的。
现在假设 u α u_\alpha u α 是满射的。然后我们有
E ′ = ⋃ α f α ′ ( E α ′ ) = ⋃ α f α ′ ( u α ( E α ) ) = ⋃ α u ( f α ( E α ) ) = u ( ⋃ α f α ( E α ) ) = 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}). E ′ = α ⋃ f α ′ ( E α ′ ) = α ⋃ f α ′ ( u α ( E α )) = α ⋃ u ( f α ( E α )) = u ( α ⋃ f α ( E α ) ) = u ( E ) .
当记号为命题7时,对于每个α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I ,令M α \mathrm{M}_\alpha M α 为E α \mathrm{E}_\alpha E α 的子集;如果每当 α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β 时我们就有 f β α ( M α ) ∈ M β f_{\beta\alpha}(\mathrm{M}_\alpha) \in \mathrm{M}_\beta f β α ( M α ) ∈ M β ,则( M α ) α ∈ I (\mathrm{M}_\alpha)_{\alpha \in \mathrm{I}} ( M α ) α ∈ I 家庭被称为是* E α \mathrm{E}_\alpha E α 的子集的 直接系统。设g β α g_{\beta\alpha} g β α (其中α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β )为M α \mathrm{M}_\alpha M α 到M β \mathrm{M}_\beta M β 的映射,其图形与f β α f_{\beta\alpha} f β α 到M α \mathrm{M}_\alpha M α 的限制的图形相同。那么显然( M α , g β α ) (\mathrm{M}_\alpha, g_{\beta\alpha}) ( M α , g β α ) 是集合的直接系统; 命题 7,应用于典范嵌入j α : M α → E α j_\alpha : \mathrm{M}_\alpha \to \mathrm{E}_\alpha j α : M α → E α ,允许我们通过单射j = l i m → j α j = \varinjlim j_\alpha j = lim j α 认同*M = l i m → M α \mathrm{M} = \varinjlim \mathrm{M}_\alpha M = lim M α 与E的子集。
设*( E α , f β α ) (\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}) ( E α , f β α ) *和*( E α ′ , f β α ′ ) (\mathrm{E}'_\alpha, f'_{\beta\alpha}) ( E α ′ , f β α ′ ) *为集合之二直接系统,令*( u α ) (u_\alpha) ( u α ) *为映射*u α : E α → E α ′ u_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{E}'_\alpha u α : E α → E α ′ 直接系统,*且令*u = l i m → u α u = \varinjlim u_\alpha u = lim u α 。
(i) 令 ( M α ) (\mathrm{M}_\alpha) ( M α ) *为*E α \mathrm{E}_\alpha E α 的子集直接系统。 那么 ( u α ( M α ) ) (u_\alpha(\mathrm{M}_\alpha)) ( u α ( M α )) *是*E α ′ \mathrm{E}'_\alpha E α ′ 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)
l i m → u α ( M α ) = u ( l i m → M α ) . \varinjlim u_\alpha(\mathrm{M}_\alpha) = u\,(\varinjlim \mathrm{M}_\alpha). lim u α ( M α ) = u ( lim M α ) .
(ii) 让 ( a α ′ ) α ∈ I (a'_\alpha)_{\alpha \in \mathbf{I}} ( a α ′ ) α ∈ I 成为一个家庭,使得 a α ′ ∈ E α ′ a'_\alpha \in \mathrm{E}'_\alpha a α ′ ∈ E α ′ 对于每个 α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I 和 f β α ′ ( a α ′ ) = a β ′ f'_{\beta\alpha}(a'_\alpha) = a'_\beta f β α ′ ( a α ′ ) = a β ′ 每当 α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β 。 然后 E α \mathrm{E}_\alpha E α 子集集合* u − 1 α ( a α ′ ) \overset{-1}{u}_\alpha(a'_\alpha) u − 1 α ( a α ′ ) 形式直接系统, 我们有*
(27)
l i m → u − 1 α ( a α ′ ) = u − 1 ( a ′ ) , \varinjlim \overset{-1}{u}_\alpha(a'_\alpha) = \overset{-1}{u}(a'), lim u − 1 α ( a α ′ ) = u − 1 ( a ′ ) ,
其中 a ′ a' a ′ *是*l i m → E α ′ \varinjlim \mathrm{E}'_\alpha lim E α ′ 的唯一元素*对于每个*α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I ,这是*a α ′ a'_\alpha a α ′ 的典范像。
(i) 显然,E α ′ \mathrm{E}'_\alpha E α ′ 的子集有u α ( M α ) u_\alpha(\mathrm{M}_\alpha) u α ( M α ) 形式直接系统,我们可以写成u α ( M α ) = v α ( M α ) u_\alpha(\mathrm{M}_\alpha) = v_\alpha(\mathrm{M}_\alpha) u α ( M α ) = v α ( M α ) ,其中v α v_\alpha v α 是M α \mathrm{M}_\alpha M α 的映射到u α ( M α ) u_\alpha(\mathrm{M}_\alpha) u α ( M α ) ,其图形与限制 u α u_\alpha u α 至 M α \mathrm{M}_\alpha M α 。然后从命题 7 可以得出公式 (26),因为 v α v_\alpha v α 是满射的。
(ii) 设 N α = u − 1 α ( a α ′ ) \mathrm{N}_\alpha = \overset{-1}{u}_\alpha(a'_\alpha) N α = u − 1 α ( a α ′ ) 。如果α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β 和x α ∈ N α x_\alpha \in \mathrm{N}_\alpha x α ∈ N α ,那么
u β ( f β α ( x α ) ) = f β α ′ ( u α ( x α ) = f β α ′ ( a α ′ ) = a β ′ ; u_\beta(f_{\beta\alpha}(x_\alpha)) = f'_{\beta\alpha}(u_\alpha(x_\alpha) = f'_{\beta\alpha}(a'_\alpha) = a'_\beta; u β ( f β α ( x α )) = f β α ′ ( u α ( x α ) = f β α ′ ( a α ′ ) = a β ′ ;
因而f β α ( x α ) ∈ N β f_{\beta\alpha}(x_\alpha) \in \mathrm{N}_\beta f β α ( x α ) ∈ N β ,N α \mathrm{N}_\alpha N α 因而E α \mathrm{E}_\alpha E α 的形式直接系统或子集。当记号证明命题 7 时,考虑元素 x ∈ l i m → N α x \in \varinjlim \mathrm{N}_\alpha x ∈ lim N α 。存在α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I 和x α ∈ N α x_\alpha \in \mathrm{N}_\alpha x α ∈ N α 使得x = f α ( x α ) x = f_\alpha(x_\alpha) x = f α ( x α ) ,从而u ( x ) = u ( f α ( x α ) ) = f α ′ ( u α ( x α ) ) = f α ′ ( a α ′ ) = a ′ u(x) = u(f_\alpha(x_\alpha)) = f'_\alpha(u_\alpha(x_\alpha)) = f'_\alpha(a'_\alpha) = a' u ( x ) = u ( f α ( x α )) = f α ′ ( u α ( x α )) = f α ′ ( a α ′ ) = a ′ 。相反,如果x ∈ u − 1 ( a ′ ) x \in \overset{-1}{u}(a') x ∈ u − 1 ( a ′ ) 和x = f α ( x α ) x = f_\alpha(x_\alpha) x = f α ( x α ) 对于一些α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I 和一些x α ∈ E α x_\alpha \in \mathrm{E}_\alpha x α ∈ E α ,那么我们有a ′ = u ( f α ( x α ) ) = f α ′ ( u α ( x α ) ) = f α ′ ( a α ′ ) a' = u(f_\alpha(x_\alpha)) = f'_\alpha(u_\alpha(x_\alpha)) = f'_\alpha(a'_\alpha) a ′ = u ( f α ( x α )) = f α ′ ( u α ( x α )) = f α ′ ( a α ′ ) 。因而 (no. 5, 引理 1) 存在β ⩾ α \beta \geqslant \alpha β ⩾ α 使得f β α ′ ( u α ′ ( x α ) ) = f β α ′ ( a α ′ ) = a β ′ f'_{\beta\alpha}(u'_\alpha(x_\alpha)) = f'_{\beta\alpha}(a'_\alpha) = a'_\beta f β α ′ ( u α ′ ( x α )) = f β α ′ ( a α ′ ) = a β ′ ;即u α ( f β α ( x α ) ) = a β ′ u_\alpha(f_{\beta\alpha}(x_\alpha)) = a'_\beta u α ( f β α ( x α )) = a β ′ ,因而f β α ( x α ) ∈ N β f_{\beta\alpha}(x_\alpha) \in \mathrm{N}_\beta f β α ( x α ) ∈ N β 。从x = f β ( f β α ( x α ) ) x = f_\beta(f_{\beta\alpha}(x_\alpha)) x = f β ( f β α ( x α )) 开始,得出x ∈ l i m → N α x \in \varinjlim \mathrm{N}_\alpha x ∈ lim N α 。
设*I*为有向集合,让*( E α , f β α ) (\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}) ( E α , f β α ) *为集合相对于*I的直接系统,*并让*E = l i m → E α \mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha E = lim E α *为其直极限。令* J 为 I 的共尾子集,并令 E′ 为从 ( E α , f β α ) (\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}) ( E α , f β α ) 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 g g g 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g g g 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 g g g 是满射的,我们注对于每个 α ∈ J \alpha \in \mathrm{J} α ∈ J 我们有
g ( E α ) = f α ( E α ) . g(\mathrm{E}_\alpha) = f_\alpha(\mathrm{E}_\alpha). g ( E α ) = f α ( E α ) .
现在,对于每个β ∈ I \beta \in I β ∈ I ,都存在γ ∈ J \gamma \in J γ ∈ J 使得β ⩽ γ \beta \leqslant \gamma β ⩽ γ ,从中可以得出g ( E γ ) ⊃ g ( f γ β ( E β ) ) = f β ( E β ) g(E_\gamma) \supset g(f_{\gamma\beta}(E_\beta)) = f_\beta(E_\beta) g ( E γ ) ⊃ g ( f γ β ( E β )) = f β ( E β ) 。因此,E 是集合 g ( E α ) g(E_\alpha) g ( E α ) 的并,因为 α \alpha α 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 × L I \times L I × 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( E α λ , f β α μ λ ) (E^\lambda_\alpha, f^{\mu\lambda}_{\beta\alpha}) ( E α λ , f β α μ λ ) 相对于I × L I \times L I × L 的直接系统。那么我们有
( 29 ) f γ α ν λ = f γ β μ ν ∘ f β α μ λ (29) \qquad f^{\nu\lambda}_{\gamma\alpha} = f^{\mu\nu}_{\gamma\beta} \circ f^{\mu\lambda}_{\beta\alpha} ( 29 ) f γ α ν λ = f γ β μν ∘ f β α μ λ
每当α ⩽ β ⩽ γ \alpha \leqslant \beta \leqslant \gamma α ⩽ β ⩽ γ 和λ ⩽ μ ⩽ ν \lambda \leqslant \mu \leqslant \nu λ ⩽ μ ⩽ ν 时。
让E或l i m → α , λ E α λ \varinjlim_{\alpha,\lambda} E^\lambda_\alpha lim α , λ E α λ 表示这个直接系统的直极限。对于每个λ ∈ L \lambda \in L λ ∈ L ,放入g β α λ = f β α λ λ : E α λ → E β λ g^\lambda_{\beta\alpha} = f^{\lambda\lambda}_{\beta\alpha} : E^\lambda_\alpha \to E^\lambda_\beta g β α λ = f β α λλ : E α λ → E β λ 。然后从 (29) 我们有
( 30 ) g γ α λ = g γ β λ ∘ g β α λ whenever 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; ( 30 ) g γ α λ = g γ β λ ∘ g β α λ whenever α ⩽ β ⩽ γ ;
在其他字中,( E α λ , g β α λ ) (E^\lambda_\alpha, g^\lambda_{\beta\alpha}) ( E α λ , g β α λ ) 是集合相对于I的直接系统。让F λ = l i m → α E α λ F^\lambda = \varinjlim_\alpha E^\lambda_\alpha F λ = lim α E α λ 表示它的直极限。如果λ ⩽ μ \lambda \leqslant \mu λ ⩽ μ 固定为L的元素,则从(29)可以得出映射h α μ λ = f α α λ μ : E α λ → E α μ h^{\mu\lambda}_\alpha = f^{\lambda\mu}_{\alpha\alpha} : E^\lambda_\alpha \to E^\mu_\alpha h α μ λ = f α α λ μ : E α λ → E α μ 形式直接系统映射。让h μ λ = l i m → α h α μ λ : F λ → F μ h^{\mu\lambda} = \varinjlim_\alpha h^{\mu\lambda}_\alpha : F^\lambda \to F^\mu h μ λ = lim α h α μ λ : F λ → F μ 表示映射的系统中的直极限。如果λ ⩽ μ ⩽ ν \lambda \leqslant \mu \leqslant \nu λ ⩽ μ ⩽ ν 在L中,那么
( 31 ) h ν λ = h ν μ ∘ h μ λ (31) \qquad h^{\nu\lambda} = h^{\nu\mu} \circ h^{\mu\lambda} ( 31 ) h ν λ = h ν μ ∘ h μ λ
(no. 6,命题 6,推论 2),因此 ( F λ , h μ λ ) (F^\lambda, h^{\mu\lambda}) ( F λ , h μ λ ) 是集合相对于 L 的直接系统。令F = l i m → F λ F = \varinjlim F^\lambda F = lim F λ 为其直极限。我们将定义*规范的双射*E → F E \to F E → F 。为此,让g α λ g^\lambda_\alpha g α λ 表示典范映射E α λ → F λ E^\lambda_\alpha \to F^\lambda E α λ → F λ ,h λ h^\lambda h λ 典范映射F λ → F F^\lambda \to F F λ → F ,并放入u α λ = h λ ∘ g α λ u^\lambda_\alpha = h^\lambda \circ g^\lambda_\alpha u α λ = h λ ∘ g α λ 。如果α ⩽ β \alpha \leqslant \beta α ⩽ β 和λ ⩽ μ \lambda \leqslant \mu λ ⩽ μ ,那么我们有
u β μ ∘ f β α μ λ = h μ ∘ g β μ ∘ f β α μ λ = h μ ∘ g β μ ∘ f β α μ μ ∘ f α α μ λ = h μ ∘ g α μ ∘ f α α μ λ = h μ ∘ h μ λ ∘ g α λ = h λ ∘ g α λ = u α λ \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} u β μ ∘ f β α μ λ = h μ ∘ g β μ ∘ f β α μ λ = h μ ∘ g β μ ∘ f β α μμ ∘ f α α μ λ = h μ ∘ g α μ ∘ f α α μ λ = h μ ∘ h μ λ ∘ g α λ = h λ ∘ g α λ = u α λ
来自 (29) 和 h μ λ h^{\mu\lambda} h μ λ 的定义。因此,映射相对于I × L I \times L I × L 的u α λ u^\lambda_\alpha u α λ 形式直接系统。把u = l i m → α , λ u α λ : E → F u = \varinjlim_{\alpha,\lambda} u^\lambda_\alpha : E \to F u = lim α , λ u α λ : E → F 。我们将证明u u u 是no. 6、命题6的应用判据的双射。首先,F是集合h λ ( F λ ) h^\lambda(F^\lambda) h λ ( F λ ) 的并,并且每个F λ F^\lambda F λ 是并共集合 g α λ ( E α λ ) g_\alpha^\lambda(\mathrm{E}_\alpha^\lambda) g α λ ( E α λ ) ;因此 F 是集合的并
h λ ( g α λ ( E α λ ) ) = u α λ ( E α λ ) . h^\lambda(g_\alpha^\lambda(\mathrm{E}_\alpha^\lambda)) = u_\alpha^\lambda(\mathrm{E}_\alpha^\lambda). h λ ( g α λ ( E α λ )) = u α λ ( E α λ ) .
接下来,令x x x 、y y y 为E α λ \mathrm{E}_\alpha^\lambda E α λ 的两个元素,使得u α λ ( x ) = u α λ ( y ) u_\alpha^\lambda(x) = u_\alpha^\lambda(y) u α λ ( x ) = u α λ ( y ) ,即h λ ( g α λ ( x ) ) = h λ ( g α λ ( y ) ) h^\lambda(g_\alpha^\lambda(x)) = h^\lambda(g_\alpha^\lambda(y)) h λ ( g α λ ( x )) = h λ ( g α λ ( y )) 。那么(no. 5,引理1)存在μ ⩾ λ \mu \geqslant \lambda μ ⩾ λ 使得h μ λ ( g α λ ( x ) ) = h μ λ ( g α λ ( y ) ) h^{\mu\lambda}(g_\alpha^\lambda(x)) = h^{\mu\lambda}(g_\alpha^\lambda(y)) h μ λ ( g α λ ( x )) = h μ λ ( g α λ ( y )) ,即g α μ ( f α α μ λ ( x ) ) = g α μ ( f α α μ λ ( y ) ) g_\alpha^\mu(f_{\alpha\alpha}^{\mu\lambda}(x)) = g_\alpha^\mu(f_{\alpha\alpha}^{\mu\lambda}(y)) g α μ ( f α α μ λ ( x )) = g α μ ( f α α μ λ ( y )) ;同样,存在β ⩾ α \beta \geqslant \alpha β ⩾ α 使得g β α μ ( f α α μ λ ( x ) ) = g β α μ ( f α α μ λ ( y ) ) g_{\beta\alpha}^\mu(f_{\alpha\alpha}^{\mu\lambda}(x)) = g_{\beta\alpha}^\mu(f_{\alpha\alpha}^{\mu\lambda}(y)) g β α μ ( f α α μ λ ( x )) = g β α μ ( f α α μ λ ( y )) (no. 5,引理1),即f β α μ λ ( x ) = f β α μ λ ( y ) f_{\beta\alpha}^{\mu\lambda}(x) = f_{\beta\alpha}^{\mu\lambda}(y) f β α μ λ ( x ) = f β α μ λ ( y ) ;这表明 (no. 6, 命题 6) u u u 是单射的。因此我们证明了:
如果* ( E α λ , f β α μ λ ) (\mathrm{E}_\alpha^\lambda, f_{\beta\alpha}^{\mu\lambda}) ( E α λ , f β α μ λ ) 是集合的直接系统相对于乘积 I × L \mathrm{I} \times \mathrm{L} I × L *两个有向集合,那么(直到规范的双射)我们有
(32)
l i m → α , λ E α λ = l i m → λ ( l i m → α E α λ ) . \varinjlim_{\alpha,\ \lambda} \mathrm{E}_\alpha^\lambda = \varinjlim_{\lambda}\ (\varinjlim_{\alpha} \mathrm{E}_\alpha^\lambda). α , λ lim E α λ = λ lim ( α lim E α λ ) .
令*( E ′ α λ , f ′ β α μ λ ) (\mathrm{{E}'}^\lambda_\alpha, {f'}^{\mu\lambda}_{\beta\alpha}) ( E ′ α λ , f ′ β α μ λ ) *成为集合的另一个直接系统相对于*I × L \mathrm{I} \times \mathrm{L} I × L ,*并且对于每个*( α , λ ) ∈ I × L (\alpha, \lambda) \in \mathrm{I} \times \mathrm{L} ( α , λ ) ∈ I × L *让*u α λ u_\alpha^\lambda u α λ *成为*E α λ \mathrm{E}_\alpha^\lambda E α λ *的映射*到*E ′ α λ \mathrm{{E}'}^\lambda_\alpha E ′ α λ ,*使得* u α λ u_\alpha^\lambda u α λ *形式直接系统共映射。然后我们有
(33)
l i m → α , λ u α λ = l i m → λ ( l i m → α u α λ ) . \varinjlim_{\alpha,\ \lambda} u_\alpha^\lambda = \varinjlim_{\lambda}\ (\varinjlim_{\alpha} u_\alpha^\lambda). α , λ lim u α λ = λ lim ( α lim u α λ ) .
我们将验证留给读者。
令*( E α , f β α ) (\mathrm{E}_\alpha, f_{\beta\alpha}) ( E α , f β α ) *和*( E α ′ , f β α ′ ) (\mathrm{E}'_\alpha, f'_{\beta\alpha}) ( E α ′ , f β α ′ ) *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 = l i m → E α \mathrm{E} = \varinjlim \mathrm{E}_\alpha E = lim E α 、E ′ = l i m → E α ′ \mathrm{E}' = \varinjlim \mathrm{E}'_\alpha E ′ = lim E α ′ 、*并让* f α : E α → E , f α ′ : E α ′ → E ′ f_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{E}, f'_\alpha : \mathrm{E}'_\alpha \to \mathrm{E}' f α : E α → E , f α ′ : E α ′ → E ′ 表示典范映射,对于每个 α ∈ I \alpha \in \mathrm{I} α ∈ I 。 那么 ( E α × E α ′ , f β α × f β α ′ ) (\mathrm{E}_\alpha \times \mathrm{E}'_\alpha, f_{\beta\alpha} \times f'_{\beta\alpha}) ( E α × E α ′ , f β α × f β α ′ ) *是集合的直接系统,*( f α × f α ′ ) (f_\alpha \times f'_\alpha) ( f α × f α ′ ) *是映射的直接系统,并且*l i m → ( f α × f α ′ ) \varinjlim (f_\alpha \times f'_\alpha) lim ( f α × f α ′ ) *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)
l i m → ( E α × E α ′ ) → ( l i m → E α ) × ( l i m → E α ′ ) . \varinjlim (\mathrm{E}_\alpha \times \mathrm{E}'_\alpha) \to (\varinjlim \mathrm{E}_\alpha) \times (\varinjlim \mathrm{E}'_\alpha). lim ( E α × E α ′ ) → ( lim E α ) × ( lim E α ′ ) .
命题的前两个断言立即得到验证。为了证明 g = l i m → ( f α × f α ′ ) g = \varinjlim (f_\alpha \times f'_\alpha) g = lim ( f α × f α ′ ) 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}' E × E ′ 是集合f α ( E α ) × f α ′ ( E α ′ ) f_\alpha(\mathrm{E}_\alpha) \times f'_\alpha(\mathrm{E}'_\alpha) f α ( E α ) × f α ′ ( E α ′ ) 中的并;因此 g g g 是满射的。如果( x , x ′ ) (x, x') ( x , x ′ ) 和( y , y ′ ) (y, y') ( y , y ′ ) 是E α × E α ′ \mathrm{E}_\alpha \times \mathrm{E}'_\alpha E α × E α ′ 的两个元素使得f α ( x ) = f α ( y ) f_\alpha(x) = f_\alpha(y) f α ( x ) = f α ( y ) 和f α ′ ( x ′ ) = f α ′ ( y ′ ) f'_\alpha(x') = f'_\alpha(y') f α ′ ( x ′ ) = f α ′ ( y ′ ) ,则(no. 5,引理1)存在两个元素β \beta β ,γ \gamma γ I使得β ⩾ α \beta \geqslant \alpha β ⩾ α 、γ ⩾ α \gamma \geqslant \alpha γ ⩾ α 和f β α ( x ) = f β α ( y ) f_{\beta\alpha}(x) = f_{\beta\alpha}(y) f β α ( x ) = f β α ( y ) 、f γ α ′ ( x ′ ) = f γ α ′ ( y ′ ) f'_{\gamma\alpha}(x') = f'_{\gamma\alpha}(y') f γ α ′ ( x ′ ) = f γ α ′ ( y ′ ) ;由于I是有向的,因此存在δ ∈ I \delta \in \mathrm{I} δ ∈ I 使得δ ⩾ β \delta \geqslant \beta δ ⩾ β 和δ ⩾ γ \delta \geqslant \gamma δ ⩾ γ ;因此f δ α ( x ) = f δ α ( y ) f_{\delta\alpha}(x) = f_{\delta\alpha}(y) f δ α ( x ) = f δ α ( y ) 和f δ α ′ ( x ′ ) = f δ α ′ ( y ′ ) f'_{\delta\alpha}(x') = f'_{\delta\alpha}(y') f δ α ′ ( x ′ ) = f δ α ′ ( y ′ ) 。这样就完成了证明。
双射 g g g 被称为*规范*。
设*( F α , g β α ) (\mathrm{F}_\alpha, g_{\beta\alpha}) ( F α , g β α ) *和*( F α ′ , g β α ′ ) (\mathrm{F}'_\alpha, g'_{\beta\alpha}) ( F α ′ , g β α ′ ) *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} α ∈ I *让*u α : E α → F α u_\alpha : \mathrm{E}_\alpha \to \mathrm{F}_\alpha u α : E α → F α ,u α ′ : E α ′ → F α ′ u'_\alpha : \mathrm{E}'_\alpha \to \mathrm{F}'_\alpha u α ′ : E α ′ → F α ′ *为映射使得*( u α ) (u_\alpha) ( u α ) *和* ( u α ′ ) (u'_\alpha) ( u α ′ ) 是映射中的两个直接系统。那么 ( u α × u α ′ ) (u_\alpha \times u'_\alpha) ( u α × u α ′ ) *是映射的直接系统,并且(直到规范的双射)我们有
(35)
l i m → ( u α × u α ′ ) = ( l i m → u α ) × ( l i m → u α ′ ) . \varinjlim (u_\alpha \times u'_\alpha) = (\varinjlim u_\alpha) \times (\varinjlim u'_\alpha). lim ( u α × u α ′ ) = ( lim u α ) × ( lim u α ′ ) .
我们将验证留给读者。
习题
参见习题为 § 7 。
[^1]: This means that u α ∘ f α β = g α β ∘ u β u_\alpha \circ f_{\alpha\beta} = g_{\alpha\beta} \circ u_\beta u α ∘ f α β = g α β ∘ u β .