Berdaq nomidagi qoraqalpoq davlat universiteti matematika fakulteti

Topologik fazoda ajrimlilik aksiomalari. — fazolar
Yuqoridagi paragraflarda keltirilgan misol va mashqlardan ma’lumki, shunday “yomon tuzilgan” topologik fazolar mavjudki, alohida olingan nuqta yopiq to‘plamosti bo‘lmasligi mumkin, chekli to‘plam limit nuqtaga ega bo‘lishi mumkin, bitta yaqinlashuvchi nuqtalar ketma-ketligi ikkita har xil nuqtalarga yoki fazoning har bir nuqtasiga yaqinlashishi mumkin. Bunday hollar klassik tahlil (analiz) nuqtai nazaridan aynigan vaziyatlaming (situatsiyalarning) uchrab turishidan, topologik fazo ta’rifi asosidagi 1 °—4° aksiomalarning juda umumiy ekanligidan darak beradi. Shu tufayli fazolarning juda umumiy bo’lgan xossalari ajratiladi. Shulardan kelib chiqqan holda, topologik fazoning aksiomalariga turli xarakterdagi chegaralar qo'yish maqsadga muvofiqdir. Bu xildagi talablarga birinchi va ikkinchi sanoqlilik aksiomalari va ajrimlilik aksiomalarini kiritsa bo’ladi. Natijada, bunday topologik fazolar matematikaning turli bo’lim va tatbiqlarida juda keng qo’llaniladi. Uchrayotgan turli matematik muammolarda topologik fazolar qo‘shimcha xususiyatlarga ega bo’lmoqda.
2.3.7-ta’rif. Agar X topologik fazoning ixtiyoriy ikki turli nuqtasi uchun kamida birining ikkinchisini o‘z ichiga olmaydigan atrofi mavjud bo’lsa, fazo yoki Kolmogorov fazosi deyiladi.
Agar bu ta’rifda har ikkala ixtiyoriy nuqtalar birorta atrofga ega bo’lib, biri ikkinchisini o‘zida saqlamasa, ma’lum bo’ladiki, bunday fazolar sinfi nisbatan tordir.
Bu fazolar sinfi fazo yoki erishilgan, istilo qilingan yoki egallangan fazo deb ataladi. Ta’rifdan ko‘rinadiki, ixtiyoriy fazo X da ixtiyoriy bir nuqtali to‘plam yopiq to‘plamdir va buning teskarisi ham o‘rinlidir. Yana shuni isbot qilish mumkinki, agar nuqta birorta M to‘plamning limit nuqtasi bo’lsa, u holda nuqtaning ixtiyoriy atrofi M ning cheksiz ko‘p turli nuqtalarini o‘zida saqlaydi.
Haqiqatan ham, nuqtaning shunday U atrofi topilsa va u M ning chekli nuqtalarini o‘zida saqlasa, u holda X fazo bo’lganligi sababli ning shunday , atroflari topiladiki, ular xi nuqtalardan boshqasini o‘z ichiga olmaydi.
Endi to‘plamni ko‘raylik. M a’lumki, U to‘plam nuqtaning atrofi bo‘ladi. Bu to‘plam M ning nuqtadan boshqa nuqtalarini o‘zida saqlamaydi. Bundan ko‘rinadiki, nuqta M ning limit nuqtasi emas. Bu ziddiyat ta’rifning o‘rinli ekanligini ko‘rsatadi.
Kolmogorov fazosiga misol sifatida bog‘lamli “qo‘sh nuqtani” keltirish mumkin. Bu fazo erishilgan fazo bo‘la olmaydi. Kolmogorov fazosiga trivial topologiyali ixtiyoriy fazolar ham kiradi.
2.3.8-misol. Haqiqiy sonlar to‘plami ni olaylik. Bu haqiqiy to‘g‘ri chiziqda topologiya bazasi sifatida nurlarni olamiz. Bu ko‘rinishdagi nurlar bazaning shartlarini qanoatlantiradi. Bunday baza da topologiya tashkil qiladi. Bu topologik fazo fazo aksiomasini qanoatlantiradi, lekin fazo bo‘la olmaydi. Agar turli ikki haqiqiy sonlarni olsak, ravshanki, bir vaqtda ikkinchisini o‘zida saqlamaydigan va nuqtalarning birorta atrofi topilmaydi. Demak, bunday topologiyali fazo Kolmogorov fazosi bo‘ladi.
2.3.9-ta’rif. Agar X topologik fazoning ixtiyoriy ikki har xil nuqtasi o‘zaro kesishmaydigan atroflarga ega boisa, u fazo yoki Xausdorf fazosi (yoki Xausdorf topologiyali fazo) deyiladi.
Ma’lumki, ixtiyoriy Xausdorf fazosi fazo bo‘ladi, lekin buning teskarisi doimo ham o‘rinli emas. Ta’rifdan yana shuni anglash mumkinki, fazoning Xausdorf fazosi bo‘lishi nasliy xususiyatga ega, ya’ni uning ixtiyoriy fazoostisi ham Xausdorof fazosiniki bo‘lishidir. Xausdorf fazosining yana bir muhim xossasi — bu fazoda ixtiyoriy ketma-ketlikning limiti yagona bo‘ladi. ketma-ketlik limitining ikki va nuqtalari bo‘lib, va ularning o‘zaro kesishmaydigan atroflari deylik. Ketma-ketlik limitining ta’rifiga ko‘ra, bu atroflarning biri ketma-ketlikning chekli elementlarini o‘zida saqlaydi. Bu ta’riftiing shartiga ziddir.
Xausdorf fazolariga misol sifatida ixtiyoriy metrik fazoni olish mumkin. Zariskiy topologiyasini olsak, bu topologiya ham fazo bo‘ladi, Lekin fazo bo‘lolmaydi.
2.3.10-misoI. To‘g‘ri chiziqda kesmani olaylik. Bu to‘plamda ochiq to‘plam sifatida bo‘sh to‘plam, kesmaning o‘zi va kesmadan sanoqlidan ko‘p bo‘lmagan nuqtalarni chiqarib tashlashdan hosil bo‘lgan to‘plamlarni qaraylik.
Agar hosil bo‘lgan topologik fazoning ixtiyoriy ikki turli nuqtalarini olsak, bu nuqtalar ikkinchisini o‘zida saqlamaydigan atrofga egadir. Bu fazoning erishilgan fazo ekanligini ko‘rsatadi. Lekin ikki ixtiyoriy har xil nuqtalar o'zaro kesishmaydigan atroflarga ega emas. Bu fazoning Xausdorf fazosi emasligidan darak beradi.
2.3.11-ta’rif, Agar X fazoning ixtiyoriy yopiq to‘plami A va ixtiyoriy nuqtasi X fazoda shunday ochiq o‘zaro kesishmaydigan atroflarga ega bo‘lsa, X topologik fazo topologik fazo deyiladi.
Agar X topologik fazo X bir vaqtda ham fazo, ham fazolar bo‘lsa, u holda u regulyar fazo deyiladi. Bu ta’rifdan ko‘rinadiki, regulyar fazo Xausdorf fazosi bo‘lar ekan. Lekin buning aksi doimo o‘rinli emas.
Regulyar fazolarga ixtiyoriy metrik fazolar misol bo'ladi, xususiy holda fazo ham regulyar fazodir.
2.3.12-misol. Aytaylik, X barcha haqiqiy sonlar to‘plamidan iborat bo'lib, topologiya atroflar natijasida aniqlangan bo‘lsin. Bu topologiyada nol nuqtadan boshqa barcha nuqtalarning atrofi, to‘g‘ri chiziqdagi nuqtaning interval ko‘rinishidagi atrofini olamiz. Nol nuqtaning atrofi deb uning to‘g‘ri chiziqdagi interval ko'rinishdagi atrofidan sonlar o‘qining nuqtalari chiqarib tashlangan to‘plamlarini olamiz. Ya’ni, .
Agar to‘plamni olsak, A to‘plam sonlar o‘qida [n j yopiq to‘plamlardir. Nol nuqta va A to‘plam bu yerda o‘zaro kesishmaydigan atroflarga ega bo‘lmaydi. Ya’ni, shunday aniq atroflar mavjud emas. Bu fazoning regulyar fazo emasligini ko‘rsatadi. Lekin bu fazoda ixtiyoriy ikki har xil nuqta o‘zaro kesishmaydigan atroflarga ega. Demak bu topologik fazo Xausdorf fazosi ekan.
Endi elementlari soni ikkitadan ortiq to'plamlardagi trivial topologiyani ko'rsak, bu fazolar fazoga sodda misol bo‘la oladi, lekin ular regulyar fazo emas, chunki bunday fazolar fazo emasdir.
Regulyar fazolarning xossalariga keladigan bo'lsak, fazoning regulyarligi - bu nasliy xarakterga ega, ya’ni regulyar fazolarning ixtiyoriy to‘plamostisi ham regulyar bo‘ladi. Bundan xususiy holda kelib chiqadiki, regulyar fazolarning to‘g‘ri ko‘paytmasi regulyar bo‘lsa, uning har bir ko‘paytuvchisi regulyar bo‘ladi. Nihoyat, regulyar fazolar ixtiyoriy oilasining Tixonov ko‘paytmasi ham regulyar fazo bo‘ladi. Shuni aytish mumkinki, regulyar fazodagi faktor-topologiya doimo regulyar fazo bo‘lavermaydi.
2.3.13-ta’rif Agar X topologik fazoning ikki A va В to‘plamostilari uchun butun X fazoda aniqlangan shunday haqiqiy qiymatli uzluksiz funksiya mavjud bo‘lsa va u funksiya uchun barcha barcha shartlarni qanoatlantirsa, u holda ular X da funksional ayri deyiladi (2-rasm).

2-rasm
Ravshanki, A va V to‘plamlarning X fazoda funksional ayri ekanligidan ularning shu X fazoda ayri ekanligi kelib chiqadi. Haqiqatan ham, agar A va V lar X fazoda funksional ayri bo‘lsa, to‘plamlar A va V to‘plamlarning o‘zaro kesishmaydigan atroflari bo‘ladi. Shuni ta’kidlash kerakki, shunday Xausdorf, qolaversa, regulyar fazolar borki, bu fazolarda jufit ikki nuqta funksional ayri emas. Bunga sabab shunday regulyar fazolar mavjudki, bu fazolarda aniqlangan konstant funksiyadan boshqa funksiya mavjud bo’lmaydi.
2.3.14-ta’rif. Agar fazoning ixtiyoriy nuqtasi va bu nuqtani o‘zida saqlamaydigan bo‘sh boimagan F yopiq to‘plam funksional ayri bo‘lsa, X topologik fazo fazo deyiladi.
Agar X topologik fazo bir vaqtda ham fazo, ham fazo bo‘lsa, uni Tixonov fazosi yoki to‘kis regulyar (butkul regulyar) fazo deyiladi. Bu ta’rifdan ko‘rinadiki, Tixonov fazosi regulyar fazo bo‘ladi.
Har bir metrik fazo, xususiy holda fazo ham, Tixonov fazosi bo‘ladi.
Tixonov fazolarining xossalaridan biri - bu fazo ham nasliy xususiyatga ega, ya’ni bu fazoning ixtiyoriy to‘plamostisi ham Tixonov fazosi bo‘lishidir.
Shuni ta’kidlash mumkinki, har bir egallangan (marraviy), fazo to‘la regulyar fazo bo‘lishi uchun ixtiyoriy nuqtasi va uning ixtiyoriy ochiq atrofi U uchun shartlarni qanoatlantiruvchi shunday uzluksiz funksiyaning mavjud bo‘lishi zarur va yetarlidir.
Topologik fazolaming muhim sinflaridan yana biri normal topologik fazolardir.
2.3.14-ta’rif. Agar X fazoning ixtiyoriy ikki bo‘sh bo‘lmagan kesishmaydigan yopiq va to‘plamlarining o‘zaro kesishmaydigan va ochiq atroflari mavjud bo‘lsa, X topologik fazo fazo deyiladi.
Agar X topologik fazo bir vaqtda ham , ham fazo bo‘lsa, bunday topologik fazolarga normal topologik fazolar deyiladi.
Ta’rifdan ma’lum bo‘ladiki, normal topologik fazolar regulyar va to‘la regulyar fazo bo‘ladi. Buning teskarisi o‘rinli bo‘lavermaydi. fazolar sinfi ichidagi fazolar sinfi fazolar sinfi bilan fazolar sinfi orasidagi oraliq sinfdir. Shu sababli belgilashlarda ham butkul regulyar fazolar sinfi bilan belgilanadi.
Yuqoridagi topologik fazolarga o‘xshab, normal fazolar sinfi nasliy xususiyatga ega emas, ya’ni bu fazolaming ixtiyoriy to‘plamostisi normal fazo bo‘lavermaydi. Normal fazolar sinfida uzluksiz akslantirishlaming bir oilasi mavjud bo‘lib, bu uzluksiz akslantirishlar o‘lcham nazariyasi va topologiyaning boshqa deyarli barcha jabhalarida figuralarning geometrik xossalari bilan bog‘liq muammolarida va funksiyalarni davomlashtirish masalalarini yechishda, fazoning gomologik o‘lchamini aniqlashda muhim ahamiyatga ega. Bu masalaning asosini Urison teoremasi (Urison lemmasi) tashkil qiladi.
2.3.15-Urison lemmasi. Ixtiyoriy normal X fazoning o‘zaro kesishmaydigan yopiq A va В to‘plamlari uchun shunday uzluksiz funksiya mavjudki, uning uchun va har bir uchun shartlar o‘rinlidir.
Isbot. X normal fazo, A va В lar uning ixtiyoriy yopiq to‘plamostilari va bo‘lsin. Har bir ratsional songa shunday ochiq to'plamni mos qo‘yamizki, u quyidagi shartlarni qanoatlantirsin:
1)
2) agar bo‘lsa, .
Yuqoridagi shartlarni qanoatlantiruvchi ochiq to‘plamlar sistemasini n ko‘rsatkichga nisbatan induksiya metodi bilan ko‘ramiz.
bo’lsin. Bu holda, X fazo normal bo‘lganligi tufayli A va В larning U(A) va U(B) kesishmaydigan ochiq atroflari mavjud bo‘ladi. Ularni va qilib belgilaymiz.
uchun ochiq to‘plamlar sistemasi qurilgan bo‘lsin. Endi n uchun to‘plamni qurishimiz kerak. bo‘lganligi sababli to‘plamni - toq son uchun ko‘rishimiz yetarli bo‘ladi. Aytaylik, bo‘lsin, u holda va induksiya shartiga ko‘ra, ifodaga egamiz. Ravshanki, , lar yopiq va kesishmaydi. X fazoning normalligi tufayli ning ochiq atrofi mavjudki, bu ochiq to‘plam ning ochiq atrofi bilan kesishmaydi. belgilashni kiritamiz. Aniqki, , lar o‘rinli, shu bilan induksiya tugaydi.
to‘plamlarning aniqlanish sohasini quyidagicha kengaytiramiz:
bo’lsa
Endi funksiyani quyidagicha aniqlaymiz: agar bo‘lsa , va . Bu funksiyaning uzluksizligini ko‘rsatishimiz kerak. Shunga erishish maqsadida ixtiyoriy nuqta va uchun nuqtaning shunday atrofini ko‘ramizki, u uchun o‘rinli bo'lsin. Aytaylik, son ko‘rinishda bo‘lib, (1). shartni qanoatlantirsin. Belgilaymiz: . Bu holda , chunki . Agar bo‘lsa, u holda . Shu sababli . Bundan tashqari, , shu sababli . Demak, .
(1) va (2) larni solishtirsak, quyidagi natiiaga ega bo‘lamiz:

Bu ning uzluksizligini ko‘rsatadi. Funksiyaning qurilishiga ko‘ra, va .
Bunday qurilgan funksiya Urison funksiyasi deyiladi. Urisonning bu lemmasi quyidagiga ekvivalentdir.
Normal X fazoning ixtiyoriy kesishmaydigin va bo‘sh bo‘lmagan A va В yopiq to‘plamlari uchun shunday uzluksiz funksiya mavjud bo‘ladiki, u quyidagi shartni qanoatlantiradi:
.
Bu yerda ixtiyoriy haqiqiy sonlardir.
Haqiqatan ham, agar Urison funksiyasi bo‘Isa, u holda izlangan funksiya bo’ladi.
2.3.16-teorema. Normal X fazoning ixtiyoriy yopiq A to‘plamida berilgan ixtiyoriy chegaralangan uzluksiz funksiya uchun shunday uzluksiz funksiya mavjudki, uning uchun quyidagi o‘rinli:

Isbot. Izlanayotgan uzluksiz funksiyani funksiyalar ketma-ketligining limiti ko‘rinishida quramiz.
Aytaylik:


Ma’lumki, va to‘plamlar yopiq va o‘zaro kesishmaydi. Urison lemmasiga ko‘ra, shunday uzluksiz funksiya mavjudki, u quyidagi shartlarni qanoatlantiradi:

Endi A to‘plamda funksiyani ko‘rinishda aniqlaymiz. U holda funksiya uzluksiz va o‘rinli. Shunga o‘xshab, quyidagicha belgilashlar kiritamiz:
, .
Endi yana Urison funksiyasi ni olamiz, u quyidagi shartlarni qanoatlantiradi:
va
A to‘plamda , funksiyani ko‘rinishda ko‘ramiz va deb olamiz. Shu yo‘sinda A to‘plamda uzluksiz bo‘lgan funksiyalarning ketma-ketligi va X da uzluksiz funksiyalar ketma-ketligiga ega bo’lib, ular quyidagi shartni qanoatlantiradi:

Bu yerda bundan larga ega bo‘lamiz. Oxirgi tengsizliklardan qator X da birorta uzluksiz funksiyaga absolyut va tekis yaqinlashuvchi bo‘ladi. Bu yig‘indini bilan belgilaymiz va quyidagi baholashga ega bo‘lamiz : . Endi bo‘lsin, u holda qismiy yig‘indi funksiyalarning qurilishiga ko‘ra ga teng. Lekin , u holda har bir uchun . Demak, izlangan funksiya ekan.
2.3.17-natija. Normal X fazo ning ixtiyoriy yopiq A to‘plamostisida berilgan har bir uzluksiz akslantirishni akslantirishgacha uzluksiz davomlashtirish mumkin.

Xulosa

Men “Fazolarning topologik ko'paytmalari” nomli kurs ishimni Quyidagi ikki bobga ajratib organib chiqdim:
I-bob. Topologik fazolar
II-bob. Topologik fazodagi amallar. Fazolarning topologik ko‘paytmalari
O'rganishlarim natiyjasida quyidagicha xulosalar oldim:
Ta’rif. topologik fazo topologik fazolarning topologik yoki Tixonov ko‘paytmasi deyiladi, topologiya esa Tixonov topologiyasi deyiladi.
A.N.Tixonov teoremasi. Agar har bir uchun kompakt topologik fazo bo‘lsa, ham kompakt fazodir.
Tixonov topologiyasi oldbazasining aniqlanishiga ko‘ra, ko‘paytmada Tixonov topologiyasi bazasi elementlari ko‘rinishdagi to‘plamlardan iborat. Bu yerda ixtiyoriy chekli elementlar nabori esa, topologiya bazasining ixtiyoriy elementi.
Regulyar fazolarning xossalariga keladigan bo'lsak, fazoning regulyarligi - bu nasliy xarakterga ega, ya’ni regulyar fazolarning ixtiyoriy to‘plamostisi ham regulyar bo‘ladi. Bundan xususiy holda kelib chiqadiki, regulyar fazolarning to‘g‘ri ko‘paytmasi regulyar bo‘lsa, uning har bir ko‘paytuvchisi regulyar bo‘ladi. Nihoyat, regulyar fazolar ixtiyoriy oilasining Tixonov ko‘paytmasi ham regulyar fazo bo‘ladi. Shuni aytish mumkinki, regulyar fazodagi faktor-topologiya doimo regulyar fazo bo‘lavermaydi.