Bourbaki

Google 翻译生成的粗略草稿,质量较低。术语依照术语表,但句子可能有误;之后会由仔细的译文取代。

5. 巴伊尔空间

1. 无处密集集合

定义 1 0C6Y

如果拓扑空间XX的子集AA闭包没有内部点,则据说它是无处稠密的。

等价地,当且仅当AA的外部在XX中稠密时,AA在XX中不稠密。

一个封闭的集合 AA 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AA无处稠密当且仅当AA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

XX 的空子集没有任何地方稠密。在 Hausdorff 空间 XX 中,单个点的集合由……组成不是稠密的,当且仅当点在 XX 中不是孤立的。稠密的子集永远不会无处稠密 (除非 X=∅X = \emptyset)。

例 2 0C70

开放或封闭集合的边界总是不密集的。

例 3 0C71

在空间Rn\mathbf{R}^n中,维数p<np < n的每个线性子空间都是无处稠密集合(章VI, § 1, no. 4,命题2)。

引用了 1

引用了 命题 2, VI § 1

注 0C72

任意子集的边界不必是无处稠密的:对于例,如果AA和C‾A\overline{C}A都是稠密的集合,则AA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A,BA, B的并无处稠密,并且不失一般性,我们可以假设AA和BB是闭集。 命题则相当于两个密开集合C‾A,C‾B\overline{C}A, \overline{C}B的交密的说。现在,如果 UU 是非空开集合,则 U∩C‾AU \cap \overline{C}A 是开且非空,因此

(U∩C‾A)∩C‾B=U∩(C‾A∩C‾B) (U \cap \overline{C}A) \cap \overline{C}B = U \cap (\overline{C}A \cap \overline{C}B)

是开放且非空的。

设YY为拓扑空间XX的子空间。如果 AA 在被视为拓扑空间 YY 的子集时不稠密,则 YY 的子空间 AA 被认为是*相对于* YY 来说是*不稠密的。

命题 2 0C74

设YY为拓扑空间XX的子空间,并令AA为YY的子集。如果 AA 相对于 YY 不稠密,那么 AA 相对于 XX 也不稠密。相反,如果 YY 在 XX 中开,且 AA 相对于 XX 不稠密,则 AA 相对于 YY 不稠密。

被以下引用 1

被以下引用 定义 2

假设 AA 相对于 YY 来说并不稠密。如果XX包含中AA的闭包A‾\overline{A}是一个非空开集合UU,则U∩AU \cap A不为空(通过闭包的定义);因此U∩YU \cap Y是相对于YY的非空开集合,并且包含在AA相对于YY的闭包A‾∩Y\overline{A} \cap Y中,这与假设相反。

现在假设YY在XX中开,并且A⊂YA \subset Y相对于XX来说并不稠密。如果 UU 在 YY 中开且不为空,则 UU 在 XX 中开,因此包含是一个非空集合 VV,它在 XX 中开(以及 YY 中的 更不必说)并且不满足AA;因此AA相对于YY来说并不稠密。

如果YY未在XX中打开,则命题2的第二个部分显然无效;例如,考虑Y≠∅Y \neq \emptyset在XX和A=YA = Y中不稠密的情况。

2. 微薄集合

定义 2 0C75

子集* AA 拓扑空间 XX *如果它是无处稠密的可数族并,则据说是贫乏的集合。

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 习题 9, § 5, 命题 2

被以下引用 引理 2, LIE VII Appendix 2

Equivalently, AA 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 XX 中“密集”;甚至整个空间XX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Q\mathbf{Q}。但是拓扑空间 XX 是 XX 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 XX is meagre, and the union of a countable family of meagre sets is meagre.

设YY为XX的子空间。如果 AA 当被视为拓扑空间 YY 的子集时是微不足道的,则 YY 的子集 AA 被称为“相对于* YY 微不足道”。由no. 1的命题2得出,如果AA是YY的子集,相对于YY是微薄的,那么AA相对于XX是微薄的;如果YY也在XX中*开*,则YY的每个子集AA(相对于XX微薄)相对于YY微薄。

3. 巴伊尔空间

定义 3 0C76

拓扑空间* XX *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 XX 中稠密开集合的每个可数交在 XX中稠密。 (EB') 闭合集合的每个可数并,在 XX 中没有内部点 在 XX 中没有内部点。

公理 (EB) 可以用另外两个等价形式来表示:

(EB'') ** XX 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'') XX中微薄的集合的补集在XX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")。

命题 3 0C77

Baire 空间 XX 的每个非空开子空间 YY 都是Baire 空间。

被以下引用 1

被以下引用 定理 2

这是从 (EB") 得出的,对于 YY 中的每个开路(分别为微量)集合在 XX 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:

命题 4 0C78

如果拓扑空间XX的每个点都有邻域,即Baire空间,则XX是Baire空间。

被以下引用 1

被以下引用 命题 14, LIE III § 1

令AA为XX中的非空开集合,令x∈Ax \in A并令VV为xx的开邻域,即Baire空间。如果AA在XX中微薄,那么V∩AV \cap A在VV中微薄而在VV中开放,这与假设相反。

命题 5 0C79

在 Baire 空间 XX 中,微薄的集合的补码是 Baire 空间。

令AA为XX中微薄的集合;那么它在XX中的补集Y=∁AY = \complement_A在XX中是稠密的。令BB相对于YY来说是微不足道的集合; BB 相对于 XX 来说也微不足道,因此 A∪BA \cup B 相对于 XX 来说微不足道。因此,XX中A∪BA \cup B的补集,也是YY中BB的补集,在XX中是稠密的,并且在YY中是*更不必说*稠密的。因此 YY 是 Baire 空间。

定理 1(贝尔) 0C7A

(i) 每个局部紧凑空间XX都是Baire空间。 (ii) *每个拓扑空间XX存在一个度量,与XX的拓扑兼容并且定义在完整的XX结构上公制空间,是贝尔空间。

引用了 1 · 被以下引用 4

引用了 定义 1, I § 9

被以下引用 习题 10, § 5, 习题 17, § 5, 习题 26, § 5, 习题 17, § 2

我们将证明在每种情况下都满足公理(EB)。 令(An)(A_n)为XX中密集开集合的序列,并令GG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(Gn)(G_n)使得G1=GG_1 = G和G‾n+1⊂Gn∩An\overline{G}_{n+1} \subset G_n \cap A_n:因为从假设GnG_n不为空,Gn∩AnG_n \cap A_n是非空开集合;并且由于 XX 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 Gn+1G_{n+1},使得 G‾n+1⊂Gn∩An\overline{G}_{n+1} \subset G_n \cap A_n。 因此,集合GnG_n的集合G∩⋂n=1∞AnG \cap \bigcap_{n=1}^\infty A_n包含交,等于集合G‾n\overline{G}_n的交;因此只要证明⋂n=1∞G‾n≠∅\bigcap_{n=1}^\infty \overline{G}_n \neq \varnothing就足够了。 现在,如果XX是局部紧致的,我们可以假设G‾2\overline{G}_2是紧致的;在紧凑空间 G‾2\overline{G}_2 中,非空封闭集合的 G‾n(n≥2)\overline{G}_n (n \geq 2) 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 XX is a complete metric space (with respect to a metric compatible with its topology) we may suppose that G‾n\overline{G}_n has been chosen so that its diameter (with respect to this metric) tends to 0 as nn tends to +∞+\infty; the G‾n\overline{G}_n therefore form a Cauchy filter base which converges to a point xx, and xx necessarily belongs to the intersection of the sets G‾n\overline{G}_n.

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XX为贝尔空间,并让(fα)(f_\alpha)为XX上的下半连续实值族函数,这样,在XX的每个点xx,上包络sup⁡αfα(x)\sup_\alpha f_\alpha(x)是有限的。然后,XX包含中的每个非空开集合都是一个非空开集合,族(fα)(f_\alpha)统一有界于其上。

引用了 3 · 被以下引用 1

引用了 命题 1, IV § 6, 定理 4, IV § 6, 命题 3

被以下引用 习题 23, § 5

这个定理也可以在形式中表示,邻域中点的集合(其中族(fα)(f_\alpha)均匀有界于其上)是密集开集合。

令f=sup⁡αfαf = \sup_\alpha f_\alpha为家庭(fα)(f_\alpha)的上层信封。 函数 ff 是下半连续 (章 IV, § 6, no. 2, 定理 4),并且在 XX 的每点处有限。因此,在家庭 (fα)(f_\alpha) 由单个函数 ff 组成的情况下,进行证明就足够了。令AnA_n为点x∈Xx \in X中的集合,使得f(x)≤nf(x) \leq n; AnA_n是闭集(章IV, § 6, no. 2,命题1),假设意味着XX是集合AnA_n的并;因此,至少其中一个 AnA_n 具有内部点,因此存在一个非空开集合,其上有 ff 边界(由整数 nn)。如果我们将此结果应用于XX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fαf_\alpha在XX上连续。

注 0C7D

如果我们不假设 XX 是 Baire 空间,定理可能是假的。对于例,如果对于每个有理数数p/qp/q(p,qp, q互质整数,q>0q > 0)我们放置f(p/q)=qf(p/q) = q,我们在有理数线QQ上有一个下半连续函数ff在每个点 (cf. 章 IV, § 6, no. 2) 处都是有限的;但QQ中不存在非空开集合,ff在其上有界。

引用了 1

引用了 IV § 6. 连续和半连续实值函数

习题

参见习题为 § 5。

Google 翻译生成的粗略草稿,质量较低。术语依照术语表,但句子可能有误;之后会由仔细的译文取代。