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5. 巴伊尔空间
1. 无处密集集合
定义 1 0C6Y
如果拓扑空间的子集闭包没有内部点,则据说它是无处稠密的。
等价地,当且仅当的外部在中稠密时,在中不稠密。
一个封闭的集合 是无处稠密的当且仅当它没有内部点;也就是说,当且仅当它与其边界重合。任意子集无处稠密当且仅当的闭包无处稠密。无处稠密集合的每个子集都无处稠密。
例 1 0C6Z
的空子集没有任何地方稠密。在 Hausdorff 空间 中,单个点的集合由……组成不是稠密的,当且仅当点在 中不是孤立的。稠密的子集永远不会无处稠密 (除非 )。
例 2 0C70
开放或封闭集合的边界总是不密集的。
注 0C72
任意子集的边界不必是无处稠密的:对于例,如果和都是稠密的集合,则的边界是整个空间。
命题 1 0C73
The union of a finite number of nowhere dense sets is nowhere dense.
足以证明两个无处稠密集合的并无处稠密,并且不失一般性,我们可以假设和是闭集。 命题则相当于两个密开集合的交密的说。现在,如果 是非空开集合,则 是开且非空,因此
是开放且非空的。
设为拓扑空间的子空间。如果 在被视为拓扑空间 的子集时不稠密,则 的子空间 被认为是*相对于* 来说是*不稠密的。
命题 2 0C74
设为拓扑空间的子空间,并令为的子集。如果 相对于 不稠密,那么 相对于 也不稠密。相反,如果 在 中开,且 相对于 不稠密,则 相对于 不稠密。
被以下引用 1
被以下引用 定义 2
假设 相对于 来说并不稠密。如果包含中的闭包是一个非空开集合,则不为空(通过闭包的定义);因此是相对于的非空开集合,并且包含在相对于的闭包中,这与假设相反。
现在假设在中开,并且相对于来说并不稠密。如果 在 中开且不为空,则 在 中开,因此包含是一个非空集合 ,它在 中开(以及 中的 更不必说)并且不满足;因此相对于来说并不稠密。
如果未在中打开,则命题2的第二个部分显然无效;例如,考虑在和中不稠密的情况。
2. 微薄集合
定义 2 0C75
子集* 拓扑空间 *如果它是无处稠密的可数族并,则据说是贫乏的集合。
Equivalently, is meagre if it is contained in a countable union of closed sets each of which has no interior points.
微薄的集合完全可以在 中“密集”;甚至整个空间本身也可以是微薄的集合。
后一种可能性的例由任何*可数*Hausdorff空间提供,没有孤立的点,例如有理线。但是拓扑空间 是 中微不足道的集合 ,它不必是可数的(参见习题 9)。
Every subset of a meagre set in a space is meagre, and the union of a countable family of meagre sets is meagre.
设为的子空间。如果 当被视为拓扑空间 的子集时是微不足道的,则 的子集 被称为“相对于* 微不足道”。由no. 1的命题2得出,如果是的子集,相对于是微薄的,那么相对于是微薄的;如果也在中*开*,则的每个子集(相对于微薄)相对于微薄。
3. 巴伊尔空间
定义 3 0C76
拓扑空间* *如果满足以下两个等价条件中的一个或另一个,则称为贝尔空间:
(EB) 在 中稠密开集合的每个可数交在 中稠密。 (EB') 闭合集合的每个可数并,在 中没有内部点 在 中没有内部点。
公理 (EB) 可以用另外两个等价形式来表示:
(EB'') ** 中的每个非空开集合 都是非微薄的。
事实上,当且仅当集合包含在没有内部点的封闭集合的可数并中时,集合才是微不足道的。
(EB'') 中微薄的集合的补集在中是稠密的。
这表示微薄的集合不能包含是一个非空开集合,因此等价于 (EB")。
这是从 (EB") 得出的,对于 中的每个开路(分别为微量)集合在 中都是开路(分别为微量)。
从命题 3 可以得出,Baire 空间的每个点都有一个邻域的基本系统,每个空间都是一个Baire 空间。反过来:
令为中的非空开集合,令并令为的开邻域,即Baire空间。如果在中微薄,那么在中微薄而在中开放,这与假设相反。
命题 5 0C79
在 Baire 空间 中,微薄的集合的补码是 Baire 空间。
令为中微薄的集合;那么它在中的补集在中是稠密的。令相对于来说是微不足道的集合; 相对于 来说也微不足道,因此 相对于 来说微不足道。因此,中的补集,也是中的补集,在中是稠密的,并且在中是*更不必说*稠密的。因此 是 Baire 空间。
定理 1(贝尔) 0C7A
(i) 每个局部紧凑空间都是Baire空间。 (ii) *每个拓扑空间存在一个度量,与的拓扑兼容并且定义在完整的结构上公制空间,是贝尔空间。
我们将证明在每种情况下都满足公理(EB)。 令为中密集开集合的序列,并令为任意非空开集合。 然后我们可以归纳非空开集合的定义序列使得和:因为从假设不为空,是非空开集合;并且由于 在所设想的两种情况下都是“常规”,因此存在一个非空开集合 ,使得 。 因此,集合的集合包含交,等于集合的交;因此只要证明就足够了。 现在,如果是局部紧致的,我们可以假设是紧致的;在紧凑空间 中,非空封闭集合的 形式递减序列,因此根据公理 (C''),它们的交不为空 (cf. 章 I, § 9, no. 1, 定义1]。 If is a complete metric space (with respect to a metric compatible with its topology) we may suppose that has been chosen so that its diameter (with respect to this metric) tends to 0 as tends to ; the therefore form a Cauchy filter base which converges to a point , and necessarily belongs to the intersection of the sets .
Q.E.D.
注 0C7B
存在 Baire 空间,而属于既不属于这两个类别,特别是 Baire 空间,它既不可度量,也不局部紧凑 (习题 16);还有可度量的 Baire 空间,它们没有与其拓扑 (习题 14) 兼容的完整度量空间结构。
引用了 2
引用了 习题 14, § 5, 习题 16, § 5
4. 半连续函数在 BAIRE 空间
定理 2 0C7C
令为贝尔空间,并让为上的下半连续实值族函数,这样,在的每个点,上包络是有限的。然后,包含中的每个非空开集合都是一个非空开集合,族统一有界于其上。
这个定理也可以在形式中表示,邻域中点的集合(其中族均匀有界于其上)是密集开集合。
令为家庭的上层信封。 函数 是下半连续 (章 IV, § 6, no. 2, 定理 4),并且在 的每点处有限。因此,在家庭 由单个函数 组成的情况下,进行证明就足够了。令为点中的集合,使得; 是闭集(章IV, § 6, no. 2,命题1),假设意味着是集合的并;因此,至少其中一个 具有内部点,因此存在一个非空开集合,其上有 边界(由整数 )。如果我们将此结果应用于的任何非空开子集(这个子空间也是no. 3的命题 3的贝尔空间),我们有定理。
在定理的应用中,通常情况是在上连续。
注 0C7D
如果我们不假设 是 Baire 空间,定理可能是假的。对于例,如果对于每个有理数数(互质整数,)我们放置,我们在有理数线上有一个下半连续函数在每个点 (cf. 章 IV, § 6, no. 2) 处都是有限的;但中不存在非空开集合,在其上有界。
引用了 1
习题
参见习题为 § 5。