In der Topologie wird ein Satz einen offenen Satz genannt, wenn es eine Nachbarschaft jedes Punkts ist. Wenn, sich mit metrischen Räumen befassend, das intuitiv interpretiert werden kann, sagend dass jeder eine Nichtnullentfernung in jeder Richtung "bewegt" werden kann, und es noch innerhalb liegen wird.

Der Begriff eines offenen Satzes stellt eine grundsätzliche Weise zur Verfügung, von der Nähe von Punkten in einem topologischen Raum zu sprechen, ohne ein Konzept der definierten Entfernung ausführlich zu haben. Konzepte, die Begriffe der Nähe wie die Kontinuität von Funktionen verwenden, können in die Sprache von offenen Sätzen übersetzt werden.

In der Topologie der Punkt-gesetzten werden offene Sätze verwendet, um zwischen Punkten und Teilmengen eines Raums zu unterscheiden. Der Grad, zu dem irgendwelche zwei Punkte getrennt werden können, wird durch die Trennungsaxiome angegeben. Die Sammlung aller offenen Sätze in einem Raum definiert die Topologie des Raums. Funktionen von einem topologischem Raum bis anderen, die die Topologie bewahren, sind die dauernden Funktionen. Obwohl offene Sätze und die Topologien, die sie umfassen, von Hauptwichtigkeit in der Topologie der Punkt-gesetzten sind, werden sie auch als ein organisatorisches Werkzeug in anderen wichtigen Zweigen der Mathematik verwendet. Beispiele von Topologien schließen die Topologie von Zariski in die algebraische Geometrie ein, die die algebraische Natur von Varianten und die Topologie auf einer Differenzialsammelleitung in der Differenzialtopologie widerspiegelt, wo jeder Punkt innerhalb des Raums in einem offenen Satz enthalten wird, der homeomorphic zu einem offenen Ball in einem endlich-dimensionalen Euklidischen Raum ist.

Topologie der Punkt-gesetzten ist das Gebiet der Mathematik, die mit allgemeinen topologischen Räumen und den Beziehungen zwischen ihnen betroffen ist. In der Kategorie von topologischen Räumen sind morphisms dauernde Funktionen zwischen topologischen Räumen. Wie man sogleich beobachtet, bewahren dauernde Funktionen topologische Struktur, weil sie "Punkte eng miteinander" zu "Punkten eng miteinander" kartografisch darstellen; d. h. sie bewahren die Struktur von offenen auf dem Raum definierten Sätzen.

In der metrischen Topologie kann man eine Entfernungsfunktion zwischen zwei Punkten konkret definieren, und so haben metrische Räume auch eine Topologie, d. h. eine bestimmte Struktur von offenen auf ihnen definierten Sätzen. So, im Vergleich mit dem reinen topologischen invariants, befasst sich metrische Topologie mit Isometrien und ähnlich; d. h. Entfernungsbewahrungskarten. In diesem Fall wird die Idee von einem offenen Satz als ein organisatorisches Werkzeug aber nicht ein Gegenstand der Studie verwendet. Aus dem topologischen Gesichtspunkt werden metrische Räume ziemlich gut verstanden, obwohl viele offene Probleme noch in der metrizability Theorie bleiben.

Motivation

Intuitiv stellt ein offener Satz eine Methode zur Verfügung, zwei Punkte zu unterscheiden. Zum Beispiel, wenn über einen Punkt in einem topologischen Raum dort ein offener Satz besteht, der nicht einen anderen (verschiedenen) Punkt enthält, werden die zwei Punkte topologisch unterscheidbar genannt. Auf diese Weise kann man davon sprechen, ob zwei Teilmengen eines topologischen Raums "nahe" sind, ohne einen metrischen auf dem topologischen Raum konkret zu definieren. Deshalb können topologische Räume als eine Generalisation von metrischen Räumen gesehen werden.

Im Satz aller reellen Zahlen hat man das natürliche Euklidische metrische; d. h. eine Funktion, die die Entfernung zwischen zwei reellen Zahlen misst: d (x, y) = |x - y. Deshalb, in Anbetracht einer reellen Zahl, kann man vom Satz aller Punkte in der Nähe von dieser reellen Zahl sprechen; d. h. innerhalb von ε dieser reellen Zahl (beziehen sich auf diese reelle Zahl als x). Hauptsächlich kommen Punkte innerhalb von ε von x x zu einer Genauigkeit des Grads ε näher. Bemerken Sie, dass ε> 0 immer, aber als ε kleiner und kleiner wird, erhält man Punkte, die x zu einem höheren und höheren Grad der Genauigkeit näher kommen. Zum Beispiel, wenn x = 0 und ε = 1, die Punkte innerhalb von ε von x genau die Punkte des Zwischenraums (-1, 1) sind; d. h. der Satz aller reellen Zahlen zwischen-1 und 1. Jedoch, mit ε = 0.5, sind die Punkte innerhalb von ε von x genau die Punkte (-0.5, 0.5). Klar kommen diese Punkte x zu einem größeren Grad der Genauigkeit im Vergleich zu wenn ε = 1 näher.

Die vorherigen Diskussionsshows, für den Fall x = 0, dass man x zu höher und höhere Grade der Genauigkeit näher kommen kann, indem man ε definiert, um kleiner und kleiner zu sein. Insbesondere Sätze der Form (-ε, ε) geben uns viel Information über Punkte in der Nähe von x = 0. So, anstatt von einem Beton Euklidisch metrisch zu sprechen, kann man Sätze verwenden, um Punkte in der Nähe von x zu beschreiben. Diese innovative Idee hat weit reichende Folgen; insbesondere durch das Definieren verschiedener Sammlungen von Sätzen, die 0 enthalten (verschieden von den Sätzen (-ε, ε)), kann man verschiedene Ergebnisse bezüglich der Entfernung zwischen 0 und andere reelle Zahlen finden. Zum Beispiel, wenn wir R als das einzige solcher Satz definieren sollten, um Entfernung "zu messen", sind alle Punkte 0 nah, da es nur einen möglichen Grad der Genauigkeit gibt, die man im Approximieren 0 erreichen kann: Ein Mitglied von R zu sein. So finden wir, dass in einem Sinn jede reelle Zahl Entfernung 0 weg von 0 ist! Es kann in diesem Fall helfen, an das Maß als seiend eine binäre Bedingung zu denken, alle Dinge in R sind ebenso 0 nah, während jeder Artikel, der nicht in R ist, 0 nicht nah ist.

Im Allgemeinen verweist man zur Familie von Sätzen, die 0, verwendet enthalten, 0, als eine Nachbarschaft-Basis näher zu kommen; ein Mitglied dieser Nachbarschaft-Basis wird einen offenen Satz genannt. Tatsächlich kann man diese Begriffe zu einem willkürlichen Satz (X) verallgemeinern; anstatt gerade der reellen Zahlen. In diesem Fall, in Anbetracht eines Punkts (x) dieses Satzes, kann man eine Sammlung von Sätzen "ringsherum" definieren (d. h. enthaltend) x, verwendet, um x näher zu kommen. Natürlich würde diese Sammlung bestimmte Eigenschaften (bekannt als Axiome) für sonst befriedigen müssen uns können keine bestimmte Methode haben, Entfernung zu messen. Zum Beispiel sollte jeder Punkt in X x zu etwas Grad der Genauigkeit näher kommen. So X sollte in dieser Familie sein. Sobald wir beginnen, "kleinere" Sätze zu definieren, die x enthalten, neigen wir dazu, x zu einem größeren Grad der Genauigkeit näher zu kommen. Daran denkend, kann man die restlichen Axiome definieren, dass die Familie dessen x in Angriff nimmt, ist erforderlich zu befriedigen.

Definitionen

Das Konzept offener Sätze kann mit verschiedenen Graden der Allgemeinheit zum Beispiel formalisiert werden:

Euklidischer Raum

Eine Teilmenge U des Euklidischen N-Raums R wird offen genannt, wenn, in Anbetracht eines Punkts x in U, dort eine reelle Zahl ε &gt besteht; 0 solches, das, in Anbetracht jedes Punkts y in R, dessen Euklidische Entfernung von x kleiner ist als ε, y auch, U gehört. Gleichwertig ist eine Teilmenge U R offen, wenn jeder Punkt in U eine Nachbarschaft in in U enthaltenem R hat.

Metrische Räume

Eine Teilmenge U eines metrischen Raums wird offen genannt, wenn, in Anbetracht eines Punkts x in U, dort eine reelle Zahl ε &gt besteht; 0 solches, dass, in Anbetracht jedes Punkts y in der M mit y auch U gehört. Gleichwertig ist U offen, wenn jeder Punkt in U eine Nachbarschaft in U enthalten ließ.

Das verallgemeinert das Euklidische Raumbeispiel, da der Euklidische Raum mit der Euklidischen Entfernung ein metrischer Raum ist.

Topologische Räume

Wenn (X, ) ein topologischer Raum ist, dann wird eine Teilmenge Ο X offen genannt, wenn, und nur wenn Ο eine Nachbarschaft von jedem seiner Punkte ist.

Bemerken Sie, dass unendliche Kreuzungen von offenen Sätzen nicht offen zu sein brauchen. Zum Beispiel ist die Kreuzung aller Zwischenräume der Form, wo n eine positive ganze Zahl ist, der Satz {0}, der in der echten Linie nicht offen ist. Sätze, die als die Kreuzung von zählbar vielen offenen Sätzen gebaut werden können, werden G-Sätze angezeigt.

Die topologische Definition von offenen Sätzen verallgemeinert die metrische Raumdefinition: Wenn man mit einem metrischen Raum beginnt und offene Sätze wie zuvor definiert, dann ist die Familie aller offenen Sätze eine Topologie auf dem metrischen Raum. Jeder metrische Raum ist deshalb, auf eine natürliche Weise, einen topologischen Raum. Es, gibt jedoch, topologische Räume, die nicht metrische Räume sind.

Eigenschaften

• Der leere Satz ist sowohl offen als auch (clopen Satz) geschlossen.
• Der Satz X, auf dem die Topologie definiert wird, ist sowohl offen als auch (clopen Satz) geschlossen.
• Die Vereinigung jeder Zahl von offenen Sätzen ist offen.
• Die Kreuzung einer begrenzten Zahl von offenen Sätzen ist offen.

Gebrauch

Offene Sätze haben eine grundsätzliche Wichtigkeit in der Topologie. Das Konzept ist erforderlich, zu definieren und topologischen Raum und andere topologische Strukturen zu verstehen, die sich mit den Begriffen der Nähe und Konvergenz für Räume wie metrische Räume und gleichförmige Räume befassen.

Jede Teilmenge eines topologischen Raums X enthält (vielleicht leer) offener Satz; das größte solcher offener Satz wird das Interieur von A genannt.

Es kann durch die Einnahme der Vereinigung aller offenen in A enthaltenen Sätze gebaut werden.

In Anbetracht topologischer Räume X und Y ist eine Funktion f von X bis Y dauernd, wenn das Vorimage jedes offenen Satzes in Y in X offen ist.

Die Funktion f wird offen genannt, wenn das Image jedes offenen Satzes in X in Y offen ist.

Ein offener Satz auf der echten Linie hat das charakteristische Eigentum, dass es eine zählbare Vereinigung von zusammenhanglosen offenen Zwischenräumen ist.

Zeichen und Verwarnungen

"Offen" wird hinsichtlich einer besonderen Topologie definiert

Ob ein Satz offen ist, hängt von der Topologie unter der Rücksicht ab. Für die größere Kürze über die größere Klarheit gewählt, beziehen wir uns auf einen Satz X ausgestattet mit einer Topologie T als "der topologische Raum X" aber nicht "der topologische Raum (X, T)", ungeachtet der Tatsache dass alle topologischen Daten in T enthalten werden. Wenn es zwei Topologien auf demselben Satz, ein Satz U gibt, der in der ersten Topologie offen ist, könnte scheitern, in der zweiten Topologie offen zu sein. Zum Beispiel, wenn X ein topologischer Raum ist und Y jede Teilmenge X ist, kann der Satz Y gegeben werden seine eigene Topologie (hat gerufen die 'Subraumtopologie') definiert durch "einen Satz ist U in der Subraumtopologie auf Y offen, wenn, und nur wenn U die Kreuzung von Y mit einem offenen Satz von der ursprünglichen Topologie auf X. ist", Das potenziell neue offene Sätze einführt: Wenn V in der ursprünglichen Topologie auf X offen ist, aber nicht ist, dann in der Subraumtopologie auf Y, aber nicht in der ursprünglichen Topologie auf X offen ist.

Weil ein konkretes Beispiel davon, wenn U als der Satz von rationalen Zahlen im Zwischenraum dann U definiert wird, eine offene Teilmenge der rationalen Zahlen, aber nicht von den reellen Zahlen ist. Das ist, weil, wenn der Umgebungsraum die rationalen Zahlen, für jeden Punkt x in U ist, dort eine positive Zahl ein solcher besteht, dass alle vernünftigen Punkte innerhalb der Entfernung x auch in U sind. Andererseits, wenn der Umgebungsraum der reals ist, dann für jeden Punkt x in U gibt es nicht ein solcher positiv, dass alle echten Punkte innerhalb der Entfernung x in U sind (da U keine nichtrationalen Zahlen enthält).

Offen und geschlossen sind nicht gegenseitig exklusiv

Ein Satz könnte offen, beide oder keiner geschlossen sein.

Zum Beispiel werden wir die echte Linie mit seiner üblichen Topologie verwenden (die Euklidische Topologie), der wie folgt definiert wird: Jeder Zwischenraum (a, b) reeller Zahlen gehört der Topologie, und jede Vereinigung solcher Zwischenräume gehört z.B der Topologie.

• In jeder Topologie wird der komplette Satz X offen definitionsgemäß erklärt, wie der leere Satz ist. Außerdem ist die Ergänzung des kompletten Satzes X der leere Satz; seitdem X hat eine offene Ergänzung, das bedeutet definitionsgemäß, dass X geschlossen wird. Folglich, in jeder Topologie, ist der komplette Raum gleichzeitig offen und ("clopen") geschlossen.
• Der Zwischenraum ist offen, weil er der Euklidischen Topologie gehört. Wenn ich eine offene Ergänzung haben sollte, würde es definitionsgemäß bedeuten, dass ich geschlossen wurde. Aber ich habe keine offene Ergänzung; seine Ergänzung ist, der der Euklidischen Topologie nicht gehört, da es nicht eine Vereinigung von Zwischenräumen der Form ist. Folglich bin ich ein Beispiel eines Satzes, der offen, aber nicht geschlossen ist.
• Durch ein ähnliches Argument wird der Zwischenraum geschlossen, aber nicht offen.
• Schließlich, seitdem weder noch seine Ergänzung gehört der Euklidischen Topologie (kein kann als eine Vereinigung von Zwischenräumen der Form (a, b)) geschrieben werden, das bedeutet, dass K weder offen noch geschlossen ist.

Siehe auch

• Geschlossen setzt
• Clopen setzen
• Nachbarschaft

Links