介紹
拓撲學是一門十分重要的基礎性的數學分支,它的許多概念、理論和方法在數學的其他分支有著廣泛的套用,有的甚至已成為通用語言。拓撲學有多個研究方向,如一般拓撲學、代數拓撲學、微分拓撲學,低維流形等。離散拓撲空間是點集拓撲學中一種最簡單的拓撲空間,但是它對於整個拓撲學脈絡的理解起著非常重要的作用。
預備知識
定義1設X是一個集合,T是X的一個子集族。如果T滿足如下條件:
① X, ∈T;
②若A,B∈T,則A∩B∈T;
③若 ,則∪ A∈T1A∈T;
則稱T是X的一個拓撲。
如果T是集合X的一個拓撲,則X叫做拓撲T的空間,偶對(X,T) 是一個拓撲空間。在不引起混淆或無須指出拓撲時,直接稱X是拓撲空間。此外,T的每一個元素都叫做拓撲空間(X,T) 或X中的一個開集。
定義2設X是一個集合。令T = P(x) ,即由X的所有子集構成的族。由定義1可知T是X的一個拓撲,稱為X的離散拓撲,並且稱(X,T) 為一個離散拓撲空間。在離散拓撲空間(X,T) 中,X的每一個子集都是開集。
概念性質
離散拓撲(discrete topology)一類特殊的拓撲。設X為任意非空集合,則由X的所有子集組成的拓撲稱為X上的離散拓撲。它是X上的最細拓撲。由此得到的拓撲空間稱為離散拓撲空間或離散空間。
若X為離散空間,則X的任意點都是孤立點。若A是X的任意子集,則A是X的既開又閉的集,並且A的邊界為空集。在X上定義的任意映射都是連續的。離散空間恆可度量化,它滿足一切分離公理,是局部緊空間,是第一可數空間。多於一點的離散空間是局部連通的但不是連通的,也不是道路連通的。離散拓撲分有限離散拓撲、可數離散拓撲和不可數離散拓撲三類。根據X分別是有限集、可數集和不可數集,容易給出它們的定義。它們的拓撲性質也不盡相同,如有限離散拓撲是緊、可數緊、序列緊的,其他二者不是。而不可數離散拓撲不是可分的、第二可數的、 緊的、林德勒夫的,其他二者卻是。
空間性質
性質1集合X的離散拓撲T是X的最大拓撲,即對X的每一個拓撲T1,均有。
證明 由拓撲T1的定義可得: 對 A∈T1,有A∈ P(x)。此外,T是X的離散拓撲意味著T =P(x) ,因此,A∈T,從而由A的任意性可知。
性質2離散拓撲空間(X,T) 中:
①點x的鄰域系是Ux= A X | x∈ A},即凡是X的包含x的子集都是x的鄰域。
② X的每一個子集既開又閉。
證明 對任意的x∈X,有{x}∈P(x)= T,故{x} 是開集。另外,對任意的x ∈ A X,有x∈{x} A,從而由鄰域的定義可知A是X的鄰域。
設A是X中的任一子集,那么有A∈P(x)=T,即A是開集。另一方面,由X ~ AX可得Ac∈P(x)= T, 故A是閉集。
註: 一般拓撲空間的子集也可能是既不開也不閉的。
性質3離散拓撲空間(X,T) 中,若AX,則A的導集A' = ,即A中不含有任何一個聚點。
證明 對任意的x∈X,存在x的一個開鄰域{x} ,使得{x}∩(A -{x} )= ,從而x不是A的聚點,因此,由x的任意性可得:集合A中不含有任何一個聚點,即A' = 。