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3. 制服结构群
1. 拓扑群上的左右一致
在拓扑群 G 中,我们可以通过如下操作感知定义“足够接近点”的概念,从而定义统一结构的可能性:如果x和y是G的任意两个点,我们将翻译应用于两个点,将其中一个(例如x)发送到单位元素e;然后,x 和 y 的“接近度”在某种意义上可以通过 y 翻译成的 e 的邻域 V 来评估。这种平移包括将 x 和 y 乘以x−1,可以在右侧或左侧进行,我们将看到,在任何一种情况下,我们都可以有效地获得 G 上的均匀性,该一致性与 G 的拓扑兼容。让我们以在右侧进行平移的情况为例;那么对于 e 的每个邻域 V 都有对 (x,y)∈G×G 的对应集合 Vd 使得yx−1∈V。令Gd为集合Vd的族,因为V穿过e的邻域过滤器B。那么Gd就是随行人员的基本系统(章II, § 1, no. 1)。因为从e∈V开始,G×G的对角线Δ对于每个V∈B都包含在Vd中,因此Gd是一个过滤器基并且满足公理(U1′);由于关系yx−1∈V和xy−1∈V−1是等价的,我们有Vd1=(V−1)d,因此通过(GVII)得到Vd1∈Gd,因此满足(U'II);最后,关系zx−1∈V和yz−1∈V意味着yx−1∈V.V;因此Vd∘Vd包含在(V.V)d中,并且(GVI)表明Gd满足(U'III)。
Gd定义的均匀性与G的拓扑兼容,因为关系、y∈Vd(x)和y∈V.x等价于定义;其他字Vd(x)=V.x。
当翻译在左边时,论证是类似的,因此我们可以做出以下定义:
拓扑群 G 上的右(左)均匀性是通过对单位元素 e、集合的每个邻域 V 进行对应获得基本系统周边的均匀性Vd(分别Vs)对(x,y),使得yx−1∈V(分别x−1y∈V)。
引用了 4 · 被以下引用 1
引用了 推论 1, II § 1, 推论 3, II § 1, 定理 1, II § 4, 习题 4, § 3
被以下引用 命题 2
如果V贯穿e的邻域的基本系统,则集合Vd(分别Vs)形式右随行人员的基本系统 (左)均匀性。
到制服空间的拓扑上的每个命题,还有群的拓扑上的对应命题;根据定义 1 和公式 Vd(x)=V.x, Vd(A)=V.A, Vs(x)=x.V, Vs(A)=A.V, 进行翻译,即定义的直接的推论。对于例,如果A是G的任何非空子集,那么我们有(章II, § 1, no. 2,推论1到命题2)
A=V∈B⋂V.A=V∈B⋂A.V.
再次(章 II, § 1, no. 2,推论 3 到命题 2),*每个 Hausdorff 群都是正则*。
拓扑群上的左右均匀性通常是不同的(参见习题 4)。显然,如果群是*可交换的*,则重合,那么Vd=Vs;如果群是*紧凑*(章II, § 4, no. 1,定理1),它们也重合。
一般来说,我们用Gs(或Gd)表示通过赋予集合 G 左(或右)均匀性而获得的*均匀空间*。
至于正确的翻译,结果很清楚,因为关系yx−1∈V相当于(ya)(xa)−1∈V[在其他字,映射(x,y)→(xa,ya)留下Vd固定]。对于左翻译,结果来自(GVIII);对于yx−1∈V当且仅当(ay)(ax)−1∈aVa−1;因此x→ax在Gd上一致连续。
类似地,右平移和左平移是左均匀性自身的同构。
因此,对于G的群结构、G的拓扑以及G的均匀性,G的每个*内自同构* x→axa−1都是自同构。
这是定义 1 中的直接的推论。
读者应该注意,假设一致空间Gd×Gd到一致空间Gd的映射(x,y)→xy通常是一致连续的。类似地,对称性 x→x−1(被视为 Gd 在 Gd 上的映射)通常不是一致连续的(参见习题 3 和 4)。
拓扑群* G 到拓扑群 G′ 的每个连续同态 f 在被视为映射 of Gd 到 Gd′ (或 of)时是一致连续的Gs*变成*Gs′)。
被以下引用 3
被以下引用 命题 5, 定理 2, 习题 3, § 7
因为如果V′是G′中单位元素的邻域,并且V=f−1(V′),那么关系yx−1∈V意味着
f(y)(f(x))−1=f(yx−1)∈V′.
2. 子群、商群和乘积群的均匀性
如果H是拓扑群G的子群,那么G的右均匀性在H上引起的均匀性正是拓扑群H的右均匀性。
如果H是G的正常子群,并且如果φ是G到G/H的典范映射,我们得到商群G/H右均匀性的基本系统:与G/H的所有对(x˙,y˙)中的G、集合中单位元素中的每个邻域V相关联,使得x˙y˙−1∈φ(V)(§ 2, no. 6,命题) 17)。这个条件意味着至少有一个点x∈x˙和至少一个点y∈y˙使得yx−1∈V[即这样(x,y)∈Vd]。特别是,如果N是子集{e}对G的闭包,那么G/N上的右均匀性同构于与G上的右均匀性*相关联的豪斯多夫均匀性(cf.章) II, § 3, no. 8)。
最后,在拓扑群的族(Gi)的乘积上,右均匀性是Gi右均匀性的*乘积* (cf. 章 II, , no. 6)
左均匀性也有类似的结果。
当且仅当每个因子 Gi 重合上的左右均匀性时,乘积群 ∏i∈IGi 的左右均匀性相同。如果某些 Gi 是可交换的而其他是紧的,情况总是如此。
3. 完成群
从 no. 1 的命题 2 开始,对于群来说,只要其一致性中的*一个*是完整的空间的结构就足够了。当且仅当其关联的 Hausdorff 群 (§ 2, no. 6) 完备时,G 才是完备的。
完整的群的每个*闭合* 子群都是完整的(章 II, § 3, no. 4、命题 8)。完整的群中的每一个乘积都是完整的(章II, § 3, no. 5,命题10)。
另一方面,如果G是完整的群并且H是G的闭法线子群,则商群G/H不一定是完整的(但是,参见章IX, § 3, no. 1, 命题4)。
假设对于例,V关于右均匀性是完备的,并令F是Gd上的柯西滤波器;那么F包含一个Vd小集合M,如果x1∈M我们因此有M⊂Vx1。因此F在Gd的完整子空间Vx1上的迹是一个柯西滤波器,它收敛到点x0;由于x0是F的集群点,因此它是F的极限(章II, § 3, no. 2,推论2到命题5)。
对于每个紧凑型空间而言,其独特的一致性都是完整的(章 II, § 4, no. 1、定理 1)。
Hausdorff 拓扑群 G 的每个局部紧致子群都在 G 中闭合。
引用了 1
引用了 命题 8
对于每一个完整的 Hausdorff 制服子空间,空间都是封闭的 (章 II, , no. 4, 命题 8)
令G1为拓扑群,让G2为完整的Hausdorff拓扑群,并令H1(或H2)为G1(或G2)的稠密子群。那么H1到H2的每一个连续同态u都可以唯一地扩展到G1到G2的连续同态uˉ。此外,如果G1是豪斯多夫且完备,并且如果u是H1到H2的同构,那么uˉ是G1到G2的同构。
引用了 4 · 被以下引用 7
引用了 推论 1(原理 / 扩张恒等式), I § 8, 定理 2, II § 3, III § 2. 子群、商群、同态、均质空间、乘积群, 命题 3
被以下引用 命题 11, AC III § 2, 命题 6, 命题 8, 命题 9, 命题 1, III § 6, 推论 1, IX § 3, 推论 2, IX § 3
uˉ 相对于 H1 和 H2 (no. 1, 命题 3) 一致连续,因此将 G1 的唯一扩张到映射 uˉ 接纳到G2 相对于这些群 (章 II, § 3, no. 6, 定理 2) 的右一致性一致连续。此外,凭借扩张的原理恒等式(章I, § 8, no. 1,推论1到命题2),uˉ是G1的同态变成G2, 从而命题的第一个断言。为了证明第二个断言,只需将H2的同构v考虑到H1,这是u的逆,并且它的扩张vˉ到连续的同态就足够了G2 变为G1;由于扩张的唯一性,vˉ∘uˉ和uˉ∘vˉ分别是G1和G2的恒等映射,因此(集合理论,R,§ 2, no. 12)uˉ是双射。
4. 完成拓扑群
令 G 为 Hausdorff 拓扑群。均匀的空间Gd可以被认为是其补全G^d的密集子空间。我们将研究G是否可以被视为完整Hausdorff群G′的稠密子群。如果是这样,那么一致的空间Gd′必须同构于G^d(章II, § 3, no. 6,推论定理2),因此我们必须能够在G^d上实现定义拓扑群结构, 诱导 G 上的给定拓扑群结构。因此我们必须检查: 1)是否可以通过函数、xy和x−1分别将扩展连续到G^d×G^d和G^d; 2) 这样扩展的函数是否确实在G^d上做定义群结构(然后它们必然在G^d上定义拓扑群结构诱导G上给定的结构)。接下来我们要确定3)当前面的运算可能时,它们定义的拓扑群是完整的。最后,我们将看到4)如果给定的条件存在完整的群满足,那么它在同构之前都是唯一的。
1) Extension of xy and x−1 by continuity. 由于函数xy和x−1一般不是均匀连续的,我们不能应用均匀连续函数的扩张的定理(章II, § 3, no. 6,定理2)。 尽管如此,我们可以凭借章II, § 3, no. 6的命题11和以下命题来扩展xy:
令F和G为Gd上的两个柯西滤波器。那么映射(x,y)→xy下的滤波器F×G的像就是Gd上的柯西滤波器基。
引用了 7
引用了 命题 11, II § 3, 习题 16, § 3, 命题 2, I § 8, 推论 1(原理 / 扩张恒等式), I § 8, 推论, II § 3, 命题 9, 命题 5
让我们评估xy和x′y′在Gd中的“接近度”;在其他字,让我们形式乘积(x′y′)(xy)−1=x′y′y−1x−1。对于每个a∈G,我们也可以写成(x′y′)(xy)−1=(x′a−1)(ay′y−1a−1)(ax−1)。我们将看到,通过适当的a的选择,当对(x,y)和(x′,y′)属于足够小到F×G的集合时,这个乘积的三个因子都非常小。令V为G中e的任意邻域;然后是Vd-小集合A∈F。 选择a在A中,那么如果x和x′是A中的任意两个点,我们有x′a−1∈V和ax−1∈V。另一方面,关系ay′y−1a−1∈V相当于
y′y−1∈a−1Va=W, 由于
W是
e的邻域,所以有一个
Wd小集合
B∈G。因而,对于
A×B中的所有
(x,y)和
(x′,y′),我们有
(x′y′)(xy)−1∈V3,这完成了证明。
在阶中,x−1可以通过连续性扩展到G^d,在对称性*x→x−1下,Gd上的柯西滤波器*像是Gd*上的柯西滤波器(章II, § 3, no. 6, 命题11)。拓扑群中存在例,其中条件不满足(cf.章X, § 3,习题16);我们假设证明的剩余部分已经满足。
2) 在 G^d 上扩展函数* xy 和 x−1 定义群结构。因为如果我们将恒等式(章I, § 8, no. 1,命题2,推论1)中的扩张的原理应用于函数x(yz)和(xy)z,在G^d×G^d×G^d上定义并且在密集子空间上相等Gd×Gd×Gd,我们看到合成(x,y)→xy的律在G^d上关联*。出于同样的原因,函数x,ex,xe在G^d上是相同的,函数e,xx−1,x−1x在G^d上是相同的。
3) 拓扑群 G^d 已完成。令Ud为其*右均匀度*,并令U为通过*完备的*G的右均匀度而获得的G^d上的均匀度。那么 U 和 Ud 诱导在 G 上具有*相同的*均匀性,因此每个柯西滤波器基 B 在 G 相对于 Ud 也是一个柯西滤波器基到 U。现在B收敛于G^d,因为U是完全一致的;并且由于 U 和 Ud 诱导在 G^d 上具有相同的拓扑,因此 (章 II, , no. 4, 命题 9) Ud 是完全一致的。该结论还表明 U 和 Ud 重合(章 II, § 3, no. 6,定理 2 的推论)
4) 唯一性. 这是从命题 5 of no. 3 得出的。
到和向上,我们证明了以下定理:
豪斯多夫拓扑群G同构于完整群G^的稠密子群当且仅当像,在对称性x→x−1下,关于柯西滤波器的正确均匀性G 是关于这种均匀性的柯西滤波器。完整的群G^(称为G的完成)是唯一的(最多同构)。
被以下引用 2
被以下引用 AC III § 2. 。过滤后的环和模的一般结果, 定理 2
由于G^是正则,G^包含中单位元素的每个邻域都是G^中e的开邻域U的闭包V,并且V也是U在G上的迹线的闭合。
令G为群,这不一定是Hausdorff;设 N={e},并设 G′=G/N 为与 G (§ 2, no. 6) 伴随的 Hausdorff 群。如果G′有一个补全G^′,这个补全称为G的*豪斯多夫补全*,记为G^; G^d′(分别G^s′)是均匀空间Gd(分别Gs)的*豪斯多夫完成*(章II, § 3, no. 7)。
令G为拓扑群,具有豪斯多夫完成G^′。然后,G的每个连续同态u转化为完全Hausdorff群H都可以唯一分解为u=v∘φ,其中v是G^′的连续同态分解为H并且φ 将G 典范映射放入G^′(将G′ 典范嵌入合成放入G^′ 和G 典范同态 ψ 放入G/N=G′).
引用了 1 · 被以下引用 2
引用了 命题 5
被以下引用 推论 2, 命题 6, III § 6
由于u的核是闭集,包含e,所以包含N,因此u可以写成u=w∘ψ,其中w是同态的连续同态 G′ 变为H;现在应用命题 5 / no. 3 至 w。
5. 可交换拓扑群的均匀性和完备性
我们已经说过,交换拓扑群 G 上的左右一致重合;每当我们谈到G的“均匀性”时,我们指的就是这种独特的均匀性。
x−1 的一致连续性源自 no. 1 的命题 2,xy 的一致连续性源自 no. 1 的命题 3,因为 (x,y)→xy 是 G×G 到 G 的连续同态。如果 G 是 Hausdorff,则它满足条件 of 定理 1 of no. 4(每个 Hausdorff 群其左右均匀性为重合);此外,函数xy和yx在G^×G^乘以扩张的原理等式上相等;因此,通过在一般情况下考虑与G相关的Hausdorff群,定理的第二个部分。
特别是从定理可以得出,如果f和g是统一空间X到可交换群G的两个一致连续的映射,加法书写,则函数−f和f+g 一致连续。
令G为可交换的群,并令T1,T2为与G的群结构兼容的两个豪斯多夫拓扑。假设 T1 比 T2 更更细,并且T1 存在o 的邻域基本系统,对于 T2 是封闭的。令G1,G2分别为G相对于拓扑T1,T2的补全,令f:G1→G2为G的连续同态,其中扩展恒等映射(no. 3,命题5)。那么 f 是单射的。
引用了 2 · 被以下引用 5
引用了 命题 5, II § 3. 完成空间
被以下引用 习题 18, § 2, 习题 12, § 3, 注, 命题 6, 推论 1
假设G是加法写的。令 U1 为 G 相应的 (no. 1) 到拓扑 T1 的均匀性:足以证明,如果 F 和 F′ 是两个最小柯西滤波器 (章 II, § 3, no. 2),则U1,在G2收敛到相同的点a,然后F=F′(章II, § 3, no. 7)。为此,只要证明 F∩F′ 是关于 U1 的柯西滤波器即可。令V为G中o相对于T1的邻域,使得V在T2中闭合,并令W为o的对称邻域 G相对于T1,使得W+W⊂V。到假设时,F(或F′)中存在Wd小集合M(或M′);如果x∈M和y∈M我们有y−x∈W,即y∈x+W。如果W和V是G2中W和V的闭包,那么y∈x+W,因此,由于a在M的闭包中,因此a∈x+W对于每个x∈M。类似地,对于每个x′∈M′,a∈x′+W,因此x−x′∈W+W;但由于(x,y)→x+y是G2×G2到G2的连续映射,所以我们有W+W⊂W+W⊂V。由此可见,如果x∈M和x′∈M′,则x−x′∈V∩G=V,因为V在T2中闭合;这样就完成了证明。
在命题 9的假设下,如果A是G的子集,对于U2相应的到T2的均匀性来说是完全的子空间,那么A对于均匀性来说也是完全的子空间 U1相应的至T1。
引用了 1 · 被以下引用 1
引用了 命题 9
被以下引用 推论 2
如果A1是G1中A的闭包,则f(A1)包含在G2中A的闭包中,假设等于A。由于f(A)=A乘以定义和f是单射的,所以我们有A1=A。
令G为可交换的群,并令T1,T2为与G的群结构兼容的两个拓扑。假设 T1 比 T2 更细,并且存在 O 的邻域的基本系统 B 关于 T1 的均匀性 U2 相应的是完整的T2。那么G相对于均匀性U1相应的到T1来说是完整的。
引用了 2 · 被以下引用 1
引用了 命题 4, 推论 1
被以下引用 习题 3, § 5
B的集合在拓扑T2中闭合,因此完成推论1的均匀性U1;因此,结果来自 no. 3 的命题 4。
习题
参见习题为 § 3。