こんにちは ごててんです
位相空間論の簡単?な問題をいっぱい用意したら面白いのではと思い, 書くことにしました. 1つの記事につき6問くらいで、全4回を予定しています(6問分解答を書くだけで結構しんどかったので第2回があるかも怪しいですが......) 問題の質ですが, あまり良くないものも混じっています. また出題の分野は偏っています.
基礎的な位相空間を学んでいる途中の人向けです. 問題を考える部分より解答を書く部分で頑張ったので, 解けても解答を読んでほしいです(何)
以下断らない限り集合
無限個の開集合の共通部分はつねに開集合か?
離散位相
密着位相
距離空間がハウスドルフであることを示せ.
ハウスドルフでないかつ密着位相でない位相空間を挙げよ.
お疲れ様です. 解答編になります.
意図的に変な解答を書いているところがあります. そういう部分は [!]ネタ とマーカーを入れておきます.
循環論法とか, そういう問題をすべて放棄した解答なので試験などで書かないでください. ジョークです.
無限個の開集合の共通部分はつねに開集合か?
よくある問題ですね. 無限個の開集合の共通部分は開集合とは限りません. 色々示し方はありますが, 定石通り
一応
[!]ネタ
・連結であるとは, 「開集合であり, 閉集合でもある部分集合が全体集合と空集合のみ」ということ
・
「
真面目に一点集合が開集合でないことを示します. これただの解析だな
開集合であるとすれば, 含まれる点がすべて内点でなければなりません. しかし一点集合
離散位相
自明!では解説を書きます. 写像が連続かどうかを見るには, 任意の(
これは直感にも一致する結果ですね. 離散位相は点が散らばっているイメージなので, どんな点も近傍を見てもそもそも近くに点がないので連続とか気にしなくていいという感じです.
せっかくなので各点で連続になっているかどうかを見ての証明もしてみます.
任意の
任意の
・写像が任意の
やりたい放題ですね 離散位相ってヤツは 半径ゼロが許容されてるようなもんです
というわけで当然
密着位相
まあこんな抽象的な問をしてるので答えは簡潔なのでしょうね. 答えは定数関数のみとなります.
中間値の定理を用いて解いてみましょう.
使うために, 密着位相が連結であることを示さなければなりませんが, これはとても明らかです.
・連結であるとは, 「開集合であり, 閉集合でもある部分集合が全体集合と空集合のみ」ということ
そもそも開集合が全体集合と空集合しかありません. そしてそれは閉集合です. よって連結です.
この
・連結な位相空間からの実連続関数で中間値の定理が成立する.
無茶苦茶かんたんです. xを含む開集合は,
また, この
距離空間がハウスドルフであることを示せ.
ハウスドルフ空間の定義を貼っておきます.
これは典型問題(?)です. さらさら~っと流しましょう. こういうのはどうせ三角不等式です.
共通部分を持つとして矛盾を導きます.
ハウスドルフでないかつ密着位相でない位相空間を挙げよ.
い~~~~っぱいありますね. なんでもいいですね.
一番手を抜いた回答をするならば, シェルピンスキー空間の名を述べるのみで終わりです.
これは
この空間は
ハウスドルフでないことを示します.
面倒なので他の例は名前だけを2つ挙げておきます.
・Odd-Even Topology
・
ここまで読んでいただきありがとうございます!!!問題の解答を情報量を持たせつつ書くのはとても疲れますね 演習の準備って大変だなぁ それでは!!!!!