쿠라토프스키 폐쇄 공리

Kuratowski closure axioms

수학위상 및 관련 분야에서는 쿠라토프스키 폐쇄 공리집합의 위상 구조를 정의하는 데 사용할 수 있는 공리 집합이다.그것들은 더 일반적으로 사용되는 오픈 세트 정의와 동등하다.그들은 먼저 카지미에츠 쿠라토프스키에 의해 공식화되었고,[1] 그 사상은 와카와프 시에르피에스키, 안토니오 몬테이로 등의 수학자들에 의해 더욱 연구되었다.[2]

유사한 공리 집합을 사용하여 내부 운영자의 이중 개념만을 사용하여 위상학적 구조를 정의할 수 있다.[3]

정의

Kuratowski 폐쇄 연산자 및 약점

을(를) 임의 집합으로 하고 ( X) 전원 집합으로 두십시오.Kuratowski 폐쇄 연산자과 같은 속성을 가진 단일 연산 c :( X)( ) 이다.

[K1] 집합: c() = ;

[K2] 광범위함: X c ()

[K3] idempotent: X X ( A)= ()

[K4] It preserves/distributes over binary unions: for all , .

유니언을하는 c {c의 결과는 다음과 같다.[4]

[K4] 모노톤이다. ( ) ( )

사실 우리가 [K4]의 평등을 포함으로서 다시 쓰면서 약한 공리[K4][K4]]를 준다면 다음과 같다.

[K4''] It is subadditive: for all , ,

그러면 공리[K4][K4]가 함께 [K4]와 같다는 것을 쉽게 알 수 있다(아래 교정 2의 다음 단락 참조).

Kuratowski(1966년):5(선택적)은 공리가 singleton세트 폐쇄에 따라 안정되어야 한다 요구하는 내용이 포함된 모든 x∈ X{\displaystyle Xx\in}, c({x})){)}{\displaystyle \mathbf{c}(){x\})=\{x\}}. 그는 있는 위상 공간을 충족하는 모든 5공리로 T1-spaces에 대비에 더 일반적인 공간 현.ch는 열거된 4개의 공리만을 만족시킨다.실제로 이러한 공간은 통상적인 대응(아래 참조)[5]을 통해 위상학적 T-공간1 정확히 일치한다.

요구사항 [K3]이 생략된 경우 공리는 Chech 폐쇄 연산자를 정의한다.[6]대신 [K1]을 생략하면 [K2], [K3], [K4]를 만족하는 연산자는 무어 폐쇄 연산자라고 한다.[7]한 쌍 , ){\ c{\이(가) 만족하는 공리에 따라 Kuratowski, Chech 또는 Moore 폐쇄 공간이라고 한다

대체 공리화

쿠라토프스키 폐쇄 공리는 퍼빈이 제공한 단일 조건으로 대체할 수 있다.[8]

[P] For all ,

공리 [K1]–[K4]는 이 요구사항의 결과로 도출될 수 있다.

  1. Choose . Then , or = {\{c컵 \{c 이는 즉시 [K1]을 암시한다.
  2. Choose an arbitrary and . Then, applying axiom [K1], , implying [K2].
  3. = X{\ X을 선택한 다음, 공리 [K1], () = )를 적용하고 {를 선택하십시오, 즉 [K3]이다.
  4. 임의 , X 을(를) 선택하십시오. 공리 [K1]–[K3]를 적용하면 [K4]가 파생된다.

또는 몬테이로(1945) [K2]–[K4][9]만 수반하는 약한 공리를 제안했었다.

[M] For all , .

Requirement [K1] is independent of [M] : indeed, if , the operator defined by the constant assignment 은(는) [M](를) 만족하지만, )= X 이므로 빈 세트를 보존하지 않는다 정의상 [M]을 만족하는 연산자는 무어 폐쇄 연산자임을 알 수 있다.

[M]에 대한 보다 대칭적인 대칭적인 대칭적인 대안은 M. O. 보텔호와 M. H. Teixeira에 의해서도 공리 [K2]–[K4][2]를 암시하는 것으로 입증되었다.

[BT] For all ,

유사 구조물

내부, 외부 및 경계 작업자

쿠라토프스키 폐쇄 운영자에 대한 이중 개념은 쿠라토프스키 내부 운영자의 개념으로, i :( X)( ) [3]

[I1]공간: ( )= X

[I2] 집약적: X (

[I3] idempotent: 모든 (A)= ( ) ;

[I4] It preserves binary intersections: for all , .

이러한 운영자들에게는 쿠라토프스키 폐쇄에 대해 추론된 것과 완전히 유사한 결론에 도달할 수 있다.예를 들어 쿠라토프스키 실내 운영자는 모두 동위원소(동위원소)로, 즉 [K4]를 만족하고 있으며, 강도[I2] 때문에 [I3]의 동등성을 단순포함 정도로 약화시킬 수 있다.

The duality between Kuratowski closures and interiors is provided by the natural complement operator on , the map sending . This map is an orthocomplementation on the power set lattice, meaning it satisfies De Morgan's laws: if is an arbitrary set of indices and ,

By employing these laws, together with the defining properties of , one can show that any Kuratowski interior induces a Kuratowski closure (and vice versa), via the defining relation (and . 과(와) 관련하여 얻은 모든 결과는 정형화 \ {i의 속성과 함께 이러한 관계를 채택함으로써 i {n대한 결과로 변환될 수 있다

또한 Pervin(1964)은 쿠라토프스키 외부 운영자[3] 쿠라토프스키 경계 운영자에게도 유사한 공리를 제공하며,[10] 공리는 c :=n := b 를 통해 쿠라토프 {c}:

추상 연산자

Notice that axioms [K1][K4] may be adapted to define an abstract unary operation on a general bounded lattice , by formally substituting set-theoretic inclusion with the partial order associated to the격자, 결합 운영과 결합된 이론적 결합, 그리고 충족 운영과의 이론적 교차로, 공리 [I1]–[I4]와 유사하게.격자가 정형화된 경우, 이 두 추상적 연산은 일반적인 방법으로 서로 유도한다.추상 폐쇄 또는 내부 운영자를 사용하여 격자의 일반화 위상을 정의할 수 있다.

무어 폐쇄 운영자에 대한 요건에 유니언이나 빈 집합이 나타나지 않기 에 임의 S : (를) 정의하도록 정의를 조정할 수 있다

위상의 다른 공리에 대한 연결

폐쇄를 통한 위상 유도

폐쇄 연산자는 다음과 같이 토폴로지를 자연스럽게 유도한다. 을(를) 임의 집합으로 설정하십시오.We shall say that a subset is closed with respect to a Kuratowski closure operator if and only if it is a fixed point of said operator, or in other words it is stable under , i.e. C)= 폐쇄된 집합의 보완인 총 공간 중 모든 하위 집합의 패밀리가 위상에 대한 일반적인 세 가지 요구 사항을 충족하거나 동등하게 모든 닫힌 집합의 [ 을 충족한다는 주장이다.

[] ( X) 즉, , [ X, {\{\;}의 경계가 있는 하위 래티켓이다.

[T2] It is complete under arbitrary intersections, i.e. if is an arbitrary set of indices and , then {{c]};

[T3] It is complete under finite unions, i.e. if is a finite set of indices and , then .

idempactency [K3]에 의해 [ = ( { 이라고 간결하게 쓸 수 있다

증명 1.

[T1] By extensivity [K2], and since closure maps the power set of into itself (that is, the image of any subset is a subset of ), we have 따라서 [c 빈 집합[K1]의 보존은 S[ \varnothing 을(를) 쉽게 함축한다

[T2] Next, let be an arbitrary set of indices and let be closed for every . By extensivity [K2], . Also, by isotonicity [K4'], if for all indices , then for all , which implies .Therefore, , meaning .

[T3] Finally, let be a finite set of indices and let be closed for every . From the preservation of binary unions [K4], and using induction on the number of subsets of which we take the union, we have i= ( I I ) .따라서 [ }[\

토폴로지에서 폐쇄 유도

반대로 공리 [T1]–을 만족하는 패밀리 이(가) 주어진다.[T3], it is possible to construct a Kuratowski closure operator in the following way: if and is the inclusion upset of , then

( X ){\displaystyle Kuratowski 폐쇄 연산자 를 정의한다

증명 2.

[K1] Since , reduces to the intersection of all sets in the family ; but by axiom [T1], so the intersection collnull 집합에 대한 apses와 [K1]이 뒤따른다.

[K2] By definition of , we have that for all , and thus must be contained in the intersection of all such sets.따라서 확장 [K2]를 따른다.

[K3] Notice that, for all , the family contains itself as a minimal element w.r.t. inclusion.Hence , which is idempotence [K3].

[K4’] Let : then , and thus . Since the latter family may contain more elements than the former, we find ( A) () 즉 동위원소성[K4]이다.Notice that isotonicity implies and , which together imply ) B)

[K4] Finally, fix . Axiom [T2] implies ; furthermore, axiom [T2] implies that . By extensivity [K2] one has and , so that . But , so that all in all . Since then is a minimal element of w.r.t. inclusion, we find . Point 4. ensures additivity [K4].

두 구조물 사이의 정확한 일치

In fact, these two complementary constructions are inverse to one another: if is the collection of all Kuratowski closure operators on , and is the collection of all families consisting of compl위상에서의 모든 집합, 즉 [T1]–을 만족하는 모든 패밀리의 집합[T3], then such that is a bijection, whose inverse is given by the assignment \mapsto} _{\

증명3.

First we prove that , the identity operator on . For a given Kuratowski closure , define ; then if its primed closure is the intersection of all -stable sets that contain . Its non-primed closure satisfies this description: by extensivity [K2] we have , and by idempotence [K3] we have , and thus . Now, let such that : by isotonicity [K4'] we have , and since we conclude that . Hence is the minimal element of w.r.t. inclusion, implying .

Now we prove that . If and is the family of all sets that are stable under , the result follows if both and . Let : hence . Since is the intersection of an arbitrary subfamily of , and the latter is complete under arbitrary intersections by [T2], then . Conversely, if , then is the minimal superset of that is contained in . But that is trivially itself, implying .

We observe that one may also extend the bijection to the collection of all Čech closure operators, which strictly contains ; this extension 도 추월적이어서 X 의 모든 Echech 폐쇄 연산자 X X에 위상(위상)을 유도한다는 것을 의미하지만, 는 S 이 더 이상 편향되지 않는다는 것을 의미한다[11]

  • As discussed above, given a topological space we may define the closure of any subset to be the set , i.e. the intersection of a (를) 포함하는 세트를 닫으십시오The set is the smallest closed set of containing , and the operator is a Kuratowski closure operator.
  • X(가) 설정된 경우 연산자는 , : :℘ ( X)( )
    쿠라토프스키 폐쇄야첫째는 위상 {, X 를) 유도하고, 둘째는 이산 위상 (을 유도한다
  • Fix an arbitrary , and let be such that for all . Then defines a Kuratowski closure; the corresponding family of closed sets coincides with , the family ofall subsets that contain . When , we once again retrieve the discrete topology (i.e. , as can be seen from the definitions).
  • If is an infinite cardinal number such that , then the operator such that
    4개의 쿠라토프스키 공리를 모두 만족시킨다.[12]= {\=\ _인 경우 이 는 X X코핀라이트 토폴로지를 유도하고,= 1 }인 경우 코코넛트 가능한 토폴로지를 유도한다

특성.

  • Since any Kuratowski closure is isotonic, and so is obviously any inclusion mapping, one has the (isotonic) Galois connection , providedone views as a poset with respect to inclusion, and as a subposet of . Indeed, it can be easily verified that, for all and { ), C( ) ( 경우에만 해당된다
  • } I {\ {\I}}}}}이가) 의 하위 패밀리인 경우, ,.
  • If , then .

닫힘 측면에서 위상학적 개념

세분화 및 하위 영역

A pair of Kuratowski closures such that for all induce topologies }}: \ {\ \ 그 반대의 경우.In other words, dominates if and only if the topology induced by the latter is a refinement of the topology induced by the former, or equivalently [13] 예를 들어, c {후자는 ( 에 있는 ID일 뿐) 하게 지배한다Since the same conclusion can be reached substituting with the family containing the complements of all its members, if is endowed with the partial order for all and is endowed with the refinement order, then we may conclude that is an antitonic 포지셋 간의 매핑

유도 위상(부분집합 A에 상대적)에서 폐쇄 세트는 A: ( )= A ∩( )로 제한된 원래 폐쇄 연산자일 뿐인 새로운 폐쇄 연산자를 유도한다. 모든 [14]에 대한

연속적 지도, 폐쇄적 지도 및 동형상

A function is continuous at a point iff , and it is continuous everywhere iff

모든 하위 집합 for () 에 대해 [15]지도화 {\은 역포함도가 유지되는 경우 닫힌 맵이며,[16] 연속적이고 닫힌 경우(즉, 평등이 유지되는 경우)인 경우 동형성이다.[17]

분리 공리

, ) 은(는) 쿠라토프스키 폐쇄 공간이다.그러면

  • 이(가) y y을(를) 암시하는 경우 T-공간으로0, ( { x)[18]
  • (는) 모든에 대한 T-space1 ifff { )={ 이다[19]
  • X{X\displaystyle}은 T2-space iff)≠ y{\displaystyle x\neq y}가 있다는 것은 A∈ ℘(X)세트{\displaystyle A\in \wp(X)}은 x ∉ c(A){\displaystyle x\notin \mathbf{c}(A)}와 y∉ c(n()){\displaystyle y\notin \mathbf{c}(\mathbf{n}(A)등)존재하}, n{\di 것을 의미한다.([20]는) 세트 보완 연산자다.

폐쇄성과 분리

( ). \mathbf { 부분 집합 A 가깝다 이것은 집합의 점 및 부분 집합에 대한 근접 관계를 정의하는 데 사용할 수 있다.[21]

Two sets are separated iff 공간 은(는) 분리된 두 하위 집합의 조합으로 쓸 수 없는 경우 연결된다.[22]

참고 항목

메모들

  1. ^ 쿠라토프스키(1922년).
  2. ^ a b 몬테이로(1945), 페이지 160
  3. ^ a b c 퍼빈(1964), 페이지 44.
  4. ^ 퍼빈(1964), 페이지 43, 연습 6.
  5. ^ 쿠라토프스키(1966), 페이지 38.
  6. ^ 아르헨젤스키즈 & 페도르추크(1990), 페이지 25.
  7. ^ "Moore closure". nLab. March 7, 2015. Retrieved August 19, 2019.
  8. ^ 퍼빈(1964), 페이지 42, 연습 5.
  9. ^ 몬테이로(1945), 페이지 158
  10. ^ 퍼빈(1964), 페이지 46, 연습 4.
  11. ^ 아르헨젤스키즈 & 페도르추크(1990), 페이지 26.
  12. ^ 사례 = 0}}에 대한 증거는 다음에서 찾을 수 있다.
  13. ^ 퍼빈(1964), 페이지 43, 연습 10.
  14. ^ 퍼빈(1964), 페이지 49, 정리 3.4.3.
  15. ^ 퍼빈(1964), 페이지 60, 정리 4.3.1.
  16. ^ 퍼빈(1964), 페이지 66, 연습 3.
  17. ^ 퍼빈(1964), 페이지 67, 연습 5.
  18. ^ 퍼빈(1964), 페이지 69, 정리 5.1.1.
  19. ^ 퍼빈(1964), 페이지 70, 정리 5.1.2.
  20. ^ 링크에서 증거를 찾을 수 있다.
  21. ^ 퍼빈(1964), 페이지 193–196.
  22. ^ 퍼빈(1964), 페이지 51.

참조

외부 링크