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6. 抛光空间、苏兰空间、波雷尔集合
1. 波兰语空间
拓扑空间* X 如果它是可数的型 (§2, no. 8) 并且如果有一个度量,与 X的拓扑兼容,*就其而言* X 是完整的,则称其为波兰式。
a) 波兰语空间的每个闭合子空间都是波兰语。 b) 波兰可数家族的乘积空间是波兰人。 c) 波兰可数家族的和空间是波兰人。
引用了 5 · 被以下引用 6
引用了 命题 10, II § 3, 命题 8, II § 3, 定理 1, IX § 2, 推论 2, IX § 2, 命题 4, I § 1
被以下引用 引理 1, 引理 2, 命题 12, 命题 2, 命题 6, 命题 7
可数型的可度量空间的每个子空间都是可数型的可度量,并且完整的空间的每个闭子空间都是完整的; (章II, § 3, no. 4、命题8)。可数型可度量空间的每个可数乘积又可数型可度量:(§2,no. 8),并且完整度量空间的每个可数乘积是一个完整度量空间到与其拓扑兼容的度量(章 II, § 3, no. 5、命题 10 和章 IX, § 2, no. 4、定理 1,推论 2)。最后,令(Xn)为非空波兰语空间的序列,并考虑乘积空间Y=N×∏nXn,其中N携带离散拓扑;已经证明,Y是波兰语空间。另一方面,对于每个n,令an为Xn的点,并令fn为Xn的映射到Y,这样对于每个x∈Xn,我们有
fn(x)=(n,(yp)),
其中 yp=ap 如果 p=n 和 yn=x。如果X是Xn的拓扑和,很明显,X的映射f进入Y,与Xn上的fn一致,因为每个n都是一个X同胚到f(X);此外,对于每个 n,fn(Xn) 在 Y 中闭合,并且族 (fn(Xn)) 是局部有限的,因为 N 是离散的;因此 f(X)=⋃nfn(Xn) 在 Y 中闭合(章 I, § 1, no. 5,命题 4),因此 f(X) 是波兰语空间,由 a) 得到。
令X为波兰空间,令d为X与其拓扑兼容的度量,并令U=X为X的开子集。令 V 为所有点 (t,x) 中 R×X 由……组成的子集,使得
t⋅d(x,X−U)=1; V 由 § 2, no. 2 的命题 3 闭合,因此是波兰语 (命题 1)。由于投影
pr2:R∖X→X 的限制到
V 是
V 到
U 的同胚(
§2, no. 2,命题 3),
U 是波兰语子空间共
X。
每个局部紧凑、可度量的空间 X 都是波兰语。
引用了 1
引用了 定理 1
设 X 为将点无限邻接于 X 所获得的紧空间; X′ 是可计量且可数的型(§2, no. 9,命题 16 的推论),X 就其独特的均匀性而言是完整的(章 II、§4, no. 1, 定理1)。因此 X 是波兰语空间;由于X在X′中开放,因此X是波兰语。
令 X 为 Hausdorff 拓扑空间。那么X波兰语子空间序列(An)交就是波兰语子空间。
被以下引用 2
被以下引用 引理 1, 命题 2
设f为X到XN的对角线映射([集合理论,章II,§5,no. 3;回想一下f(x)=(x,x,…),其中xn=x对于所有n∈N]。我们将使用以下引理:
令(An)为豪斯多夫拓扑空间X的子集的序列。那么X的对角线映射f:X→XN到子空间⋂nAn的限制是⋂nAn同胚到∏nAn的闭子空间。
引用了 2 · 被以下引用 2
引用了 命题 1, 命题 3
被以下引用 命题 12, 命题 8
这个像是∏nAn的交和对角线Δ=f(X),它在XN闭合,因为X是豪斯多夫(章I,§8,no. 1); f 是 X 到 Δ 的同胚。
根据命题 3 的假设,∏nAn 是波兰语空间 (命题 1),因此⋂nAn 是引理 1 和命题 1 的波兰语。
非理性数的集合,由于实直线R而被赋予了拓扑,是波兰语空间。
被以下引用 1
被以下引用 引理 2
它是R中可数开集合族的交,即单个有理数数的集合由……组成的补集。
条件的充分性紧随命题 2和3。为了证明必要性,令d是与Y的拓扑兼容的度量,并且Y是完备的。设Y为X中Y的闭包。对于每个整数 n>0,令 Yn 为具有开放邻域 U 的所有 x∈Y 的集合,使得 U∩Y 的直径(相对于公制 d)为 ≤1/n。显然 Yn 在 Y 和包含 Y 中开放。令 x∈⋂nYn;则x∈Y,X中x的邻域滤波器在Y上的迹是柯西滤波器(相对于d);因此这个滤波器收敛到Y的点,从而收敛到x∈Y。因此Y=⋂nYn。
对于每个n,令Hn为X的开子集,使得Hn∩Y=Yn,并令(Um)为X的开子集的序列,使得Y=⋂mUm (§ 2, no. 5,命题7);那么Y是开集合(Hn∩Um)可数族的交。
空间* X 是波兰式当且仅当它同胚于立方体 IN 中开集合的可数交,*其中* I 是间隔 [0,1] 属于 R。
引用了 1 · 被以下引用 2
引用了 命题 12, IX § 2
被以下引用 引理 2, 命题 9
条件显然是充分的,而且是必要的,因为可数型的每个可度量空间都同胚于IN的子空间(§ 2, no. 8,命题12)。
令* X 和 Y 为两个波兰语空间,并令 f:X→Y 为连续的映射。如果 Z 是 Y 的波兰语子空间,*则* f−1(Z) 是 X 的波兰语子空间。
对于Z=⋂nZn,其中Zn开放Y的子集;因此
f−1(Z)=n⋂f−1(Zn), 和集合
f−1(Zn)在
X开放。
2. 苏林空间
拓扑空间* X 如果可度量并且存在波兰语空间 P 和 P 在 X上的连续映射,则称其为苏斯林空间。 子集 A 拓扑空间 X 称为苏斯林集合如果子空间 A *是苏斯林空间。
被以下引用 2
被以下引用 推论, 命题 13
显然,每个波兰语空间都是苏斯林,并且将 X 的连续映射下的苏斯林空间 X 的像转换为可度量的空间 Y 是苏斯林空间。
每个 Souslin 空间 X 都是可数的型。
令P是波兰语空间,f是P到X的连续映射。那么P的可数稠密子集在f下的像就是X的可数稠密子集。
Souslin 空间 X 的每个关闭(或打开)子空间都是 Souslin。
被以下引用 1
被以下引用 命题 11
因为如果f是波兰语空间P到X的连续映射,那么逆像在闭(或开)的f下,X的子集是闭(或开) 子集等于 P,因此是波兰语子空间等于 P(no. 1、命题 1 和 2)。
令X为Souslin空间,令Y为Hausdorff空间,令f:X→Y为连续映射。那么Y的苏斯林子空间A在f下的逆像是X的苏斯林子空间。
引用了 1
引用了 命题 1
令P,Q为波兰语空间,令g为P在X上的连续映射,并令h为Q在A上的连续映射。令R为所有(x,y)∈P×Q中的集合,使得f(g(x))=h(y); R 在 P×Q 关闭,因此是 P×Q 的波兰子空间(no. 1、命题 1)。令φ为投影pr1中的限制至R。那么X的子空间f−1(A)是连续映射g∘φ下的R的像,因此是苏斯林空间。
苏斯林空间家族的乘积和和是苏斯林空间。
引用了 1
引用了 命题 1
对于每个整数n,让Xn是可度量的空间,Pn是波兰空间,fn是Pn到Xn的连续映射。 空间 Pn 的乘积(或和)是波兰语(no. 1、命题 1),而空间的像在映射下,即乘积 fn(或映射,对于所有n,与Pn上的fn一致)是空间Xn的乘积(或和);后者是可度量的,因此是 Souslin 空间。
这些子空间当然是可度量的。 An的和的规范映射到X的子空间⋃nAn的存在表明后者是苏斯林空间;并且⋂nAn凭借命题 5和7以及no. 1的引理 1而成为Souslin。
一般来说,即使在波兰语空间中,Souslin子空间的补语也不一定是Souslin(cf.习题6);然而,参见no. 6、定理 2,推论。
令X为可度量的空间,并令A为X的相对紧凑的苏斯林子空间。那么存在 K 的空间 K、子集的紧凑可度量空间 K、递减序列 (Bn),其中每一个都是紧集的可数并,以及连续的映射 f:K→X,使得 A=f(⋂nBn)。
引用了 7 · 被以下引用 1
引用了 命题 2, I § 8, 推论 2, I § 8, 定理 1, IX § 2, 推论 2, IX § 2, 定理 1, 推论 1, 命题 7, IX § 2
被以下引用 定理 5
替换 X by A 如果有必要,我们可以假设 X 是紧的,并且 A 在 X 中是稠密的。由于 A 是苏斯林空间,因此存在波兰语空间 P 和连续映射 g:P→X,使得 g(P)=A。根据no. 1,定理 1,推论1,我们可以假设P是立方体IN的开子集的递减序列(Un)的交。令 K 为空间 IN×X,它是紧凑且可度量的(§ 2, no. 4,定理 1,推论 2)。令G⊂P×X为g的图,令G为K中G的闭包,令f表示K=IN×X到X的投影;那么显然我们有f(G)=A。由于g是连续的,所以G在P×X(章I, § 8, no. 1,命题2,推论2)和G=G∩(P×X)中是闭的;因此G=⋂nBn,其中
Bn=G∩(Un×X).
由于每个Un是IN(§ 2, no. 5,命题7)中闭集合的可数并,因此每个Bn是紧集和证明的可数并已完成。
3. 依波路集合
令X为集合,令L为X的子集集合。如果满足以下条件,则称L是X上的σ代数:
a) 右 L 属于到 L 中每个集合的补集。
b) L属于到L的每个可数交/集合。
如果L是X上的σ代数,L属于到L的集合的每个*可数并*(对于这个并的补集是交集合 L)。
X的所有子集中的集合B(X)显然是σ代数。 X上的σ代数的每个交都是X上的σ代数。对于 B(X) 的任意子集,因此存在 最小的 σ-代数包含 F;它被称为σ代数*由*F生成。
在拓扑空间X中,X的所有闭子集的集合生成的σ代数的元素在X中称为Borel集合。
令f是拓扑空间X到拓扑空间Y的连续映射。那么Y中的每个Borel集合在f下的逆像是X中的一个Borel集合。
令I为Y的所有子集A中的集合,使得f−1(A)是X中的Borel集合。紧接着,I是σ代数,其中包含是Y的所有闭子集;因此 I 包含于 Y 中的所有 Borel 集合。
在 Souslin 空间 X 中,每个 Borel 集合都是 Souslin 集合。
引用了 3
引用了 命题 5, 命题 8, 定理 2
令I为X的所有子集A中的集合,使得A和A都是Souslin集合。通过 no. 2 的命题 8,I 是σ 代数。 X 属于至 I 的每个关闭子集 F,F 和 F 均为 Souslin 集合(no. 2,命题 5);因此I包含于X的所有Borel集合(cf.no. 6,定理2,推论)。
令 f 为苏斯林空间 X 到可度量空间 Y 的连续映射。如果B是X中的任何Borel集合,则f(B)是Y中的Souslin集合。
引用了 1
引用了 定义 2
因为B是苏斯林空间,因此f(B)乘注跟随定义2(no. 2)也是如此。
4. 零维空间和卢辛空间
每个零维空间X都是完全不连通的;因为点x的分量包含在所有开闭的集合包含x中(章I,§II,no. 5),并且这些集合中的交是如果 X 是零维,则只是 {x}。
相反,局部紧致完全断开空间是零维的(章 II, § 4, no. 4,命题 6);但存在完全断开的可度量空间,它们不是零维的[习题 3 b)]。
零维空间的每个子空间都是零维,零维空间的拓扑和和乘积也是零维。
拓扑空间 X 是 Lusin 空间,如果它是可度量的并且存在零维波兰语空间 P 和 P 到 X 的连续双射映射。
被以下引用 2
被以下引用 命题 12, 命题 13
每个 Lusin 空间显然都是 Souslin 空间。
条件显然是必要的;让我们证明这也是足够的。如果 f 是 Lusin 空间 X 在可度量空间 Y 上的连续双射,则从定义 6 可以得出 Y 是 Lusin 空间。因此,我们只需要证明波兰人空间是卢辛空间。
首先注意,如果X是Lusin空间,X的每个闭(或开)子空间A都是Lusin空间(cf.no. 7,定理3);因为如果f是零维波兰语空间P在X上的连续双射,则f−1(A)在P中闭(或开),因此是P的零维波兰语子空间(no. 1, 命题 1 和 2)。
Lusin 空间的每个可数乘积都是 Lusin 空间;这是从 no. 1 的命题 1 以及零维空间的每个乘积都是零维这一事实得出的。 Hausdorff 拓扑空间的 Lusin 子空间的每个可数交都是 Lusin 子空间;这是从前面的注和引理1 of no. 1得出的。此外:
如果一个可度量的空间X使得存在由Lusin子空间组成的X的可数划分(An),则X是一个Lusin空间。
引用了 4 · 被以下引用 1
引用了 命题 1, 推论, 命题 12, 推论 1
被以下引用 引理 6
对于每个n,令Pn为零维波兰空间,并令fn为Pn到An的连续双射。如果P是Pn的拓扑和,则P是波兰语(no. 1,命题1)且零维,并且映射f:P→X与fn在Pn上一致n是P到X的连续双射;因此结果。
现在让我们证明R的区间I=[0,1]是Lusin空间。令J为所有无理数数中I由……组成的子空间;那么 J 是波兰语(no. 1,命题 3 的推论); J 也是零维的,因为如果 x 是 J 的任意点,形式 ]r, s[ 的 R 区间在 J 上的迹,其中 r 和 s 是有理数且 r < x < s,形式 J 中 x 的开和闭邻域的基数系统(因为 ]r 在 J 上的迹, s[ 和 [r, s] 相同)。因此 J 是 I 的 Lusin 子空间。现在 J 和 I 的子空间分别由单个有理数点形式和 I 的可数划分组成,因此 I 是引理 2 的 Lusin 空间。
设 P 为任意波兰语空间。根据推论 1 到定理 1 (no. 1),P 同胚于立方体 IN 的子空间,它是 IN 中开集合的可数交。由于I是Lusin空间,证明开头的注表明P是Lusin空间,命题12的证明因此是完整的。
5. 筛子
对于整数 m, n 的每个对,使得 0 \leq m \leq n,如果 m = n,则令 p_{mn} 表示 C_m 的恒等映射到其自身上,如果 m < n,则将 C_n 的满射 p_m \circ p_{m+1} \circ \cdots \circ p_{n-1} 表示到 C_m 上。显然,每当 m \leq n \leq q 时,p_{mq} = p_{mn} \circ p_{nq},因此我们可以考虑族 (C_n) 的逆极限 L(C) 相对于映射 (p_{mn}) 族(集合理论,章 III, § 7)。如果每个C_n被赋予离散的拓扑,则L(C)是拓扑空间(章I, § 4, no. 4)的逆极限;因此,L(C) 称为与筛C 相关的拓扑空间。 L(C)是拓扑乘积∏nCn的闭子空间,紧接着L(C)是零维波兰语空间(no. 4)。
公制空间 X 的筛分由筛子 C = (C_n, p_n) 组成,对于 C_n 的每个整数 n \geq 0 映射 \varphi_n 到直径为 X 的非空封闭子集的集合中\leq 2^{-n},这样:
a) 当 c 穿过 C_0 时,X 是集合 \varphi_0(c) 的并; b) 对于每个 n 和每个 c \in C_n,\varphi_n(c) 是集合 \varphi_{n+1}(c') 的并,其中 c' 贯穿 p_n^{-1}(c)。
如果在加法中,对于每个 n,集合 \varphi_n(c)(当 c 穿过 C_n)互为不相交的,则称筛选是严格的。
注首先,如果Y是可数型的公制空间,并且如果ε是实数>0,则存在直径为≤ε的集合可数覆盖Y (§2、no. 8、命题13)。此外,如果Y是零维的,则存在由集合构成的覆盖(Vn),它既是开闭的;如果Wn是Vn和⋂k<n(Y−Vk)的交,我们看到Wn是封闭的,直径为≤ε,成对的不相交的和覆盖X。在任何情况下,覆盖形式的非空集合的闭包是Y的可数覆盖,其元素是直径为≤ε的非空闭闭集合。
令 X 为可数型的度量空间。令C0为由直径为≤1的非空闭集合构成的X可数覆盖的集合或指标,如果X是零维的话,它们是成对的不相交的; φ0应为映射,与覆盖物的每个指标c∈C0相应的集合相关联。假设我们已经定义了Ci和φi以及i≤n的满射映射pi:Ci+1→Ci,使得这些指标满足条件b)。如果 c∈Cn、空间 φn(c) 具有由直径为 ≤1/2n+1 的非空闭合集合构成的可数覆盖,如果 X [因此 φn(c)] 为零维,则它们互为不相交的;如果I(c)表示该覆盖层的指标集合,则我们将cn+1视为集合I(c)的和,因为c穿过Cn;对于每个c′∈Cn+1,让pn(c′)表示元素c∈Cn,使得c′∈I(c),并让φn+1(c′)表示集合,并在考虑的φn(c)的覆盖中使用指标c′。显然,我们通过定义乘以归纳对X进行筛选,如果X是零维的,那么这个筛选是严格的;因此引理 3。
现在假设X是可数型的完整度量空间,并考虑通过筛子C和映射φn筛选X。如果γ=(cn)是与C关联的空间L(C)的点,则序列(φn(cn))是直径趋于0的X中封闭的集合的递减序列;因此,集合的序列中的交由单个点组成,我们用f(γ)表示。因此我们定义了映射f:L(C)→X。如果L(C)的两个点γ,γ′对于i≤n有相同的第i坐标,显然f(γ)和f(γ′)之间的距离是≤1/2n,因此f是连续的,因为定义拓扑L(C)。对于每个x∈X,从筛选的定义可以得出,我们可以在n序列γ=(cn)上定义乘以归纳,这样每个n≥0和cn=pn(cn+1)都有x∈φn(cn);因此 x=f(γ) 且 f 是满射。此外,如果筛选严格,序列γ=(cn)使得x=f(γ)是唯一的,因此在这种情况下f是双射的。据说f是由所考虑的筛选引起的映射。
参考 Lusin 空间(no. 4,定义 6)的定义 [resp。 a Souslin 空间 (no. 2, 定义 2)],我们约化的情况
X 是波兰语和零维(或波兰语),然后前面的论证证明了结果。
6. 苏林的分离集合
令 X 为可度量的空间。如果我们给定X的互不相交的Souslin子空间的序列(Xn),那么X中存在互不相交的Borel集合的序列(Bn),这样每个 n Xn⊂Bn。
被以下引用 5
被以下引用 习题 18, § 6, 引理 5, 引理 7, 命题 11, 命题 8
令(An),(Am′)为拓扑空间X的子集中的两个序列。假设对于每个对(An,Am′),都有一个X的Borel集合Bnm,使得Bnm⊃An和Bnm∩Am′=∅。然后存在X的Borel集合B,其包含⋃nAn且不满足⋃mAm′。
被以下引用 1
被以下引用 引理 5
对于 Borel 集合 B=⋃n(⋂mBnm) 满足这些条件。
令X为Hausdorff空间,并令A、A'为X的两个不相交的Souslin子空间。然后存在 X 的 Borel 集合 B,使得 B⊃A 和 B∩A′=∅。
引用了 4 · 被以下引用 1
引用了 命题 13, 引理 4, 命题 8, 定理 2
被以下引用 引理 7
通过no. 5的命题13,存在两个筛C,C'和L(C)的连续映射f到A,L(C')的f′到A A',由no. 5中描述的方法构造。对于每个n≥0和每个c∈Cn,让qn(c)表示由所有序列(ck)k≥0组成的L(C)中的子空间,使得cn=c; qn(c) 是 L(C) 的闭子空间。对于封闭的集合qn(cn)的每个γ=(cn)∈L(C)序列是递减和形式一个过滤器基,其中γ为极限。此外,对于每个c∈Cn、集合qn+1(d),其中d在qn(c)的Cn+1、形式划分中经过集合pn−1(c)。使筛子 c′ 与记号类似,定义。
我们将通过反证法论证并假设每个 Borel 集合其中包含 A 满足 A'。首先,从筛选的引理4和定义得出,存在c0∈C0和c0′∈C0′,使得每个Borel集合包含f(q0(c0))满足f′(q0′(c0′))。然后我们可以通过定义,乘以n上的归纳,
γ=(cn)∈L(C)andγ′=(cn′)∈L(C′)
如下:假设已经为i<n定义了ci和ci′,这样对于每个指标i<n,每个Borel集合包含f(qi(ci))都满足f′(qi′(ci′)); 应用引理4和定义筛选到集合f(qn−1(cn−1))和f′(qn−1′(cn−1′)),我们看到存在cn∈Cn和cn′∈Cn′使得pn−1(cn)=cn−1和pn−1(cn′)=cn−1′并且使得每个Borel 集合包含f(qn(cn))满足f′(qn′(cn′))。现在序列f(qn(cn))收敛到点a=f(γ)∈A,序列f′(qn′(cn′))收敛到点a′=f′(γ′)∈A′。由于 A∩A′=∅ 和 X 是 Hausdorff,因此存在 a 的闭邻域 V,它不存在包含 a′,因此对于 n 足够大、V 包含f(qn(cn))且不满足f′(qn′(cn′))。这是一个矛盾,因为 V 是 Borel 集合。
为了证明定理 2,令Yn表示集合Xi的并,使得i=n;那么 Yn 是 X (no. 2, 命题 8) 的苏斯林子空间。对于每个指标 n,存在一个 Borel 集合 Bn′,其中包含 Xn 且不满足 Yn,通过引理 5。令 Bn 为 Bn′ 的交且⋂i<n(X−Bi′)。那么Bn是Borel集合,互为不相交的,并且对于每个n来说Bn⊃Xn。
如果可度量空间的可数划分由Souslin 集合构成,那么这些集合就是Borel 集合。特别是,可度量空间中的每个 Souslin 集合(其补集是 Souslin 集合)都是 Borel 集合。
7. 卢辛空间和波雷尔集合
令X为Lusin空间。那么 X 的子空间是 Lusin 空间当且仅当它是 Borel 集合。
被以下引用 2
被以下引用 引理 7, 命题 12
在 Lusin 空间 X 中,每个 Borel 集合都是 X 的 Lusin 子空间。
引用了 1
引用了 引理 2
令T为X的所有子集A中的集合,使得A和∁A都是X的Lusin子空间。由于X中的每个闭集合和每个开集合都是X(no. 4)的Lusin子空间,T包含都闭X的子集,因此引理将如果我们能证明T是X上的σ代数,就可以证明。为此,只要证明如果(An)是T的集合的序列,那么⋂nAn和⋃nAn就是X的Lusin子空间。现在我们在no. 4中看到,Lusin子空间的每个可数交都是一个Lusin子空间。另一方面,如果Bn是An和⋂i<n∁Ai中的交,则从假设和前面的注可以得出,Bn是Lusin子空间;并且由于 ⋃nAn=⋃nBn,子空间 ⋃nAn 是 no. 4 的引理 2 的 Lusin 子空间。
通过no. 5的命题13,存在筛子C和L(C)的连续双射f到A上。对于no. 6的引理5的记号,对于每个整数n和每个c ε C_n,设 g_n(c) 表示 X 的子空间 f(q_n(c));它是 Lusin 子空间,因此是 X 的 Souslin 子空间。当 c 穿过 C_n 时,集合 g_n(c) 是成对的不相交的,因为 f 是双射的;因此,通过 no. 6 的定理 2,X 中存在 Borel 集合的族 c → g'_n(c) (c ∈ C_n),成对不相交的并且对于所有 c ∈ C_n 来说 g'_n(c) ⊃ g_n(c)。 替换 g'_n(c) 通过其交以及 X 中 g_n(c) 的闭包 g_n(c) 如有必要,我们可以假设 g'_n(c) ⊂ g_n(c)。令 c_{n-1}, c_{n-2}, ..., c_0 表示满射下 C_{n-1}, C_{n-2}, ..., C_0 中 c 的像
pn−1,n=pn−1, pn−2,n=pn−2∘pn−1, ..., p0n=p0∘p1∘...∘pn−1
分别;令 h_n(c) 表示集合的交
g'_n(c),\ g'_{n-1}(c_{n-1}),\ ...\ ,\ g'_0(c_0)。
由于 q_i(c_i) ⊃ q_n(c) 对于 0 ≤ i ≤ n − 1,h_n(c) 包含于 g_n(c);还清楚的是,h_n(c) 是 Borel 集合并且包含在 g_n(c) 中,并且当 c 贯穿 C_n 时,h_n(c) 互为不相交的集合;最后,通过构造,对于每个 c' ∈ C_{n+1},我们有 h_{n+1}(c') ⊂ h_n(p_n(c'))。当 c 穿过 C_n 时,令 B_n 为集合 h_n(c) 的并; B_n 是 Borel 集合,且 B_{n+1} ⊂ B_n;还有集合 g_n(c) 的 B_n 包含并 (c ∈ C_n),即 A。设 B 为集合 B_n 的递减序列交; B 是 Borel 集合和包含 A。我们将证明 B = A,这将完成证明。
令x为B的点。那么,对于每个整数n,存在唯一的c ∈ C_n,使得x ∈ h_n(c);让我们用 c_n(x) 来表示这个 c。 序列 (c_n(x))_{n≥0} 属于至 L(C)。 递减序列 (g_n(c_n(x))) 由定义收敛到点 a ∈ A;这些集合的闭包的序列也收敛于X中的a,因此更不必说也收敛于序列(h_n(c_n(x)))。现在 x 属于对所有集合 h_n(c_n(x)),因此 x = a ∈ A。由此证明了引理 7,并由此证明了定理 3。
如果 f 是 Lusin 空间(或者,特别是波兰语空间)X 到可度量空间 Y 的连续内射映射,则 f(X) 是 Y 中的 Borel 集合。
8. 依波路截面
令X为波兰空间,令R为X上的等价关系,使得等价类 mod R在X中闭合,并且X中每个闭合集合的饱和度(相对于R)是Borel集合。然后,X 中存在一个 Borel 集合,它恰好满足一个点中的每个等价类。
引用了 1 · 被以下引用 2
引用了 引理 3
被以下引用 习题 9, § 6, 注
考虑 X 上的一个度量与其拓扑兼容,并且 X 是完整的。通过no. 5的引理3,存在X的筛分,由筛子C=(Cn,pn)和映射(φn)的序列定义。对于每个c∈Cn,令gn(c)为闭集合φn(c)相对于R的饱和度;通过假设,gn(c) 是 X 中的 Borel 集合。
由于每个集合Cn都是可数的,我们可以线性地阶每个Cn,这样小于给定元素的元素的集合是有限的。对于每个c∈Cn,我们在n上按归纳计算定义集合hn(c),如下所示。首先,对于c∈C0,h0(c)是φ0(c)和集合X−g0(c′)的交,其中c′∈C0和c′<c。对于c∈Cn+1,hn+1(c) 是φn+1(c),hn(Pn(c)) 的交,对于c′∈Cn+1、pn(c′)=pn(c) 和c′<c,集合 X−gn+1(c′)。 hn(c) 显然是 Borel 集合。
我们将证明以下断言:对于每个整数n≥0和每个等价类H mod R,存在唯一元素c∈Cn使得hn(c)满足H,并且我们有
h(cn)∩H=φn(c)∩H, 因此这是一个*封闭*集合。对于
n=0,考虑最小的元素
c∈C0,使得
φ0(c)满足
H;那么
φ0(c)∩H不满足任何集合
g0(c′),其中
c′∈C0和
c′<c;因此它包含在
h0(c)∩H中,因此等于这个集合;此外,我们有
H⊂g0(c),因而
h0(c′)∩H对于
c′∈C0和
c′>c来说是空的;因此断言被证明适用于
n=0。我们在
n上继续归纳:如果存在
c∈Cn+1使得
hn+1(c)满足
H,那么从关系
hn+1(c)⊂hn(pn(c))和归纳假设得出
pn(c)是唯一元素
d∈Cn使得
hn(d)满足
H。观察
φn(d)中包含的
hn(d)包含在集合
φn(c)的并中,其中
c∈pn−1(d)经过定义筛选;因而,存在最小的元素
c∈pn−1(d)使得
φn+1(c)满足
H。因此我们有
φn+1(c)∩H⊂φn(d)∩H=hn(d)∩H 由感应假设。因而
φn+1(c)∩H⊂φn+1(c)∩hn(d), 并且由于到定义
φn+1(c)∩H都不满足集合
gn+1(c′)(其中
c′∈pn−1(d)和
c′<c),因此从
hn+1(c)的定义得出
φn+1(c)∩H=hn+1(c)∩H。此外,我们有
H⊂gn+1(c),因而,如果
c′∈pn−1(d)使得
c′>c,则
hn+1(c′)∩H为空。因此断言对于所有
n都是证明的。
对于每个整数n,令Sn为集合hn(c)的并,其中c贯穿Cn。 集合 Sn 是 Borel 集合,我们有 Sn+1⊂Sn。
令S为集合 S_n的交,它也是X中的Borel集合;我们将证明 S 在一个点中正好满足每个等价类 H mod R。对于每个 n,令 c_n(H) 为唯一元素 c \in C_n,使得 h_{c_n(H)} 满足 H;那么 S_n \cap H = \varphi_n(c_n(H)) \cap H,并且 S \cap H 是集合 \varphi_n(c_n(H)) \cap H 的交。从序列 (c_n(H)) 属于到L.C.、闭集合 \varphi_n(c_n(H)) 的递减序列,其直径趋于0,收敛到点 x \in X,因为X 是完整的。因而,闭合的集合 \varphi_n(c_n(H)) \cap H 的交仅由点 x 组成,并且定理 4 的证明是完整的。
9. 苏林容量集合
令 X 为 Hausdorff 拓扑空间。 X 上的容量为 X 的所有子集的集合 \mathscr{P}(X) 的映射 f 进入扩展实直线 \overline{\mathbf{R}}、满足以下条件:
被以下引用 1
被以下引用 例
(CA_1) 如果 A \子集 B,则 f(A) \leq f(B)。
(CA_2) 如果 (A_n) 是 X 的子集中的任意递增序列,则
f(n⋃An)=nsupf(An).
(CA_3) 如果 (K_n) 是 X 的紧凑子集中的任意递减序列,则
f(n⋂Kn)=ninff(Kn).
\* 令 \mu 为局部紧致空间 X 的正测度;那么相应的外测度 \mu^* 就是 X 上的容量。 可以证明,在欧氏空间 \mathbf{R}^n (n \geq 3) 中,“牛顿外容量”是定义 8 意义上的容量。
引用了 1
引用了 定义 8
令 f 为 X 上的容量;如果 f(A)=supkf(K),则X 的子集 A 被认为是有能力的(相对于 f),其中 K 穿过 A 的紧致子集的集合。
\* 对于例,如果 f 是外部测度 \mu^*,则每个开路集合都是可容的;可积集合 A 使得 \mu^*(A) < +\infty 恰好是 \mu 可积集合。 \*
令 K 为紧致空间,令 f 为 K 上的容量。 If A is the intersection of a decreasing sequence (An) of subsets of K, each of which is a countable union of closed sets, then A is capacitable.
被以下引用 1
被以下引用 定理 5
足以证明,对于每个a<f(A),都有一个闭合的集合C⊂A,使得f(C)≥a。 让我们首先证明,存在闭集合的序列(Bn)n≥1使得Bn⊂An并且这样,如果我们通过n≥1的条件C0=A,Cn=Cn−1∩Bn归纳出定义序列(Cn),那么对于每个f(Cn)>a n≥0。 假设已经为i<n定义了Bi;到假设,我们有Cn−1⊂A⊂An和f(Cn−1)>a;因为An是闭集合Dj的递增序列的并,所以从(CAII)得出
f(Cn−1)=jsupf(Cn−1∩Dj). 因此有指标
j使得
f(Cn−1∩Dj)>a,我们可以取
Bn=Dj。
现在让C=⋂nCn。从A=⋂nAn和Bn⊂An开始,我们有
C=n⋂Bn; 因此集合 C 是紧致的并且包含在 A 中。
设 Bn′=B1∩B2∩⋯∩Bn; (Bn′)是K的紧子集的递减序列;正如Cn⊂Ci⊂Bi对应i<n,我们也有Cn⊂Bn′。通过(CAIII),f(C)=infnf(Bn′),从C⊂Cn⊂Bn′开始,我们还有f(C)=infnf(Cn)≥a。这样就完成了证明。
令X为可度量的空间,并令Y为X的相对紧凑的苏斯林子空间。那么 Y 对于 X 上的每个容量 f 都是有容量的。
引用了 2 · 被以下引用 1
引用了 命题 14, 命题 9
被以下引用 命题 15
我们已经看到 (no. 2, 命题 9),存在 K 的子集的紧凑空间 K、递减序列 (An),其中每一个都是紧集的可数并,以及连续的映射 φ:K→X,使得Y=φ(⋂nAn)。到命题 14 时,⋂nAn 对于 K 上的每个容量都是有能力的。因此,定理 5 是以下命题中的推论:
令 φ 为 Hausdorff 空间 K 到 Hausdorff 空间 X 的连续映射,并令 f 为 X 上的容量。如果对于 K 的每个子集 A,我们放置 g(A)=f(φ(A)),则 g 是 K 上的容量;此外,如果 A 对于 g 有能力,则 φ(A) 对于 f 有能力。
引用了 1 · 被以下引用 1
引用了 定理 5
被以下引用 习题 15, § 6
显然g满足公理(CAI)和(CAII)。另一方面,令(Cn)为K的紧凑子集的递减序列,且令C=⋂nCn; 集合 φ(C) 是紧的,它们的交是 φ(C);对于这个交当然是包含φ(C),并且如果x∈φ(Cn)对于所有n,那么K的非空紧凑子集的集合φ1(x)∩Cn形式递减序列,因此他们的交不为空。因此我们有f(φ(C))=infnf(φ(Cn)),即g(C)=infng(Cn);因此g满足公理(CAIII),因此是K的容量。
现在令A为K的子集,它可以相对于g;如果a<f(φ(A))=g(A),则有紧集C⊂A使得g(C)≥a;因而φ(C)是紧集包含在φ(A)和f(φ(C))≥a中。这表明φ(A)对于f是有能力的,并且完成命题15的证明,因此完成定理5。
习题
参见习题为 § 6。