泛函分析MOOC筆記 (一)拓撲和拓撲空間

2021-08-03 02:47:45 字數 1174 閱讀 4968

原帖太多latex,悲劇了,不能直接複製過來了,只好重新整理一遍。

↑正文前先來乙個專業的分割線↑

所謂拓撲,是一種數學結構。

對於乙個集合 e,如果 e 的乙個子集族 t 滿足:

空集和全集 e 屬於 t;

t 中任意元素的並還是屬於 t;

t 中任意有限個元素的交還是屬於 t。

就稱 t 為 e 上的乙個拓撲(topology) 。

稱 (e,t) 為拓撲空間(topological space)。

任一集合 e 至少存在兩個拓撲:

開集(open set)在拓撲學中定義比在分析學中要寬。分析中,開集是指點都是內點的集合;拓撲學中,開集和拓撲是緊密相連的,它指的是拓撲的成員,具體由特定的拓撲決定。拓撲學的定義是蘊含分析學的定義的。

另外,閉集(closed set)可以視為補集是開集的集合。

點 x 的鄰域(neighborhood)定義是:

存在乙個包含點 x 的開集 v ,使得點集 u 包含開集 v,則稱 u 為 x 的乙個鄰域。

拓撲學中的收斂(converge),是指對於點列 ,和某點 x 與它的任意鄰域 u(x),存在某個正整數 n,在n大於n之後,點列中所有的元素都屬於鄰域 u(x) ——就可以說點列 收斂到 x 了。

看上去和分析學中的收斂定義一樣?哼哼,注意這可是拓撲空間哦。

在拓撲空間裡,點列的收斂點有時候不止乙個,可以是兩個、三個、甚至多個。這也是拓撲空間反直觀的地方。我總認為,真要在腦海中中給拓撲空間乙個直觀的影象,是不大可能的;但某些特定的拓撲空間的影象,可以有助學習理解——譬如分析學中的 n 維歐氏空間,也可以是拓撲空間的特例;拓撲學中的所有結論,在分析學中都可成立。

還有拓撲空間的分割,對應有一類特殊的空間:t1、t2、t3、t4。

只說明一下t2,它也稱豪斯多夫空間(hausdorff space),其定義是在空間中的每任意兩點,都能找到各自的不相交鄰域。

在豪斯多夫空間,收斂點就是唯一的了。

因為歐氏空間也是豪斯多夫空間的一種,對應到歐氏空間,會更好理解什麼是「鄰域不交」。如圖所示

↓再來乙個專業的分割線↓ 

這門泛函mooc酷斃了,開始上課後連點集拓撲和實變函式也順帶學了,一次性滿足三個願望啊!

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