拓撲比較
发布时间:2026-09-28 | 浏览:1
在 拓撲學 和其相關的 數學 領域裡, 拓撲比較 是指在同一個給定的集合上的兩個 拓撲結構 之間的關係。在一給定的集合上的所有拓撲會形成一個 偏序集合 。此一 序關係 可以用來做不同拓撲之間的比較。
定義 — T 1 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{1}} 和 T 2 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{2}} 都是 X {\displaystyle X} 的拓扑,若 T 1 ⊆ T 2 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{1}\subseteq {\mathfrak {T}}_{2}} 称 T 2 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{2}} 比 T 1 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{1}} 更 细 (fine)或更 強 (strong),或称 T 1 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{1}} 比 T 2 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{2}} 更 粗 (coarse)或更 弱 (weak)。
進一步的,若 T 1 ⊂ T 2 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{1}\subset {\mathfrak {T}}_{2}} ,称 T 2 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{2}} 比 T 1 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{1}} 嚴格细 (strictly fine),或称 T 1 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{1}} 比 T 2 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{2}} 嚴格粗 (strictly coarse)。 [ 1 ]
直觀上, T 2 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{2}} 有更多甚至是「更小」的鄰域去逼近拓撲空間中的一點,所以相較之下,其拓撲結構比較「細緻」。但在 T 2 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{2}} 意義下定義的 「極限」要求在更多的鄰域都要能找到逼近點,所以其拓撲結構在收斂的意義下比較「強」。至於 嚴格 細或粗,就是額外要求 T 1 ≠ T 2 {\displaystyle {\mathfrak {T}}_{1}\neq {\mathfrak {T}}_{2}} 。
二元關係 ⊆ {\displaystyle \subseteq } 在 X {\displaystyle X} 所有的拓撲所組成的集合上定義了一個 偏序集合 。
X {\displaystyle X} 的拓扑裡,最粗的是由空集和全集两个元素构成的:
而最细的拓扑是 离散拓扑 (discrete topology),也就是 X {\displaystyle X} 的 冪集 :
定理 — 設 F ⊆ P ( X ) {\displaystyle {\mathcal {F}}\subseteq {\mathcal {P}}(X)} 是 X {\displaystyle X} 的一個 子集族 ,則:
也是 X {\displaystyle X} 的 拓扑 。
根據定理的條件,對所有 集合 A {\displaystyle A} 有:
以下將逐條檢驗 拓扑 的定義,來驗證 τ F {\displaystyle \tau _{\mathcal {F}}} 的確是 X {\displaystyle X} 的 拓扑 :
(1) X , ∅ ∈ τ F {\displaystyle X,\,\varnothing \in \tau _{\mathcal {F}}}
若 T {\displaystyle {\mathfrak {T}}} 的確是 X {\displaystyle X} 的 拓扑 ,那由 拓扑 的定義可以得到 X , ∅ ∈ T {\displaystyle X,\,\varnothing \in {\mathfrak {T}}} ,這樣從式(a)右方就可以得到 X , ∅ ∈ τ F {\displaystyle X,\,\varnothing \in \tau _{\mathcal {F}}} 。
(2) U , V ∈ τ F {\displaystyle U,\,V\in \tau _{\mathcal {F}}} 則 U ∩ V ∈ τ F {\displaystyle U\cap V\in \tau _{\mathcal {F}}}
若 U , V ∈ τ F {\displaystyle U,\,V\in \tau _{\mathcal {F}}} ,從式(a)左方有:
這樣從式(a)右方就可以得到 U ∩ V ∈ τ F {\displaystyle U\cap V\in \tau _{\mathcal {F}}} 。
(3) G ⊆ τ F {\displaystyle {\mathcal {G}}\subseteq \tau _{\mathcal {F}}} 則 ⋃ G ∈ τ F {\displaystyle \bigcup {\mathcal {G}}\in \tau _{\mathcal {F}}}
若 G ⊆ τ F {\displaystyle {\mathcal {G}}\subseteq \tau _{\mathcal {F}}} ,那對任意 g ∈ G {\displaystyle g\in {\mathcal {G}}} ,從式(a)左方有:
所以從式(a)右方可以得到 ⋃ G ∈ τ F {\displaystyle \bigcup {\mathcal {G}}\in \tau _{\mathcal {F}}} 。
綜上所述,來驗證 τ F {\displaystyle \tau _{\mathcal {F}}} 的確是 X {\displaystyle X} 的 拓扑 。 ◻ {\displaystyle \Box }
根據以上的定理,可以做以下的定義:
定義 — F ⊆ P ( X ) {\displaystyle {\mathcal {F}}\subseteq {\mathcal {P}}(X)} 是 X {\displaystyle X} 的一個 子集族 ,則:
稱為包含 F {\displaystyle {\mathcal {F}}} 的 最粗拓撲 (或 最弱拓撲 )。
初拓撲 -可使集合上的一組映射皆為連續的拓撲之中,最粗糙的拓撲。
終拓撲 -可使集合上的一組映射皆為連續的拓撲之中,最精細的拓撲。
^ Munkres, James R. Topology 2nd. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall . 2000: 77 –78. ISBN 0-13-181629-2 .
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