الرياضيات · المسرد

ما معنى فضاء مترابط؟

تعريف 4.26 الرياضيات الجامعية — السنة 2 · الفصل 4 — طوبولوجيا الفضاءات المترية

يكون XX مترابطًا إذا لم يقبل أي تقسيم إلى جزأين مفتوحين غير خاليين — وبكيفية مكافئة، إذا كانت أجزاؤه الوحيدة المفتوحة والمغلقة معًا هي \emptyset وXX. ويكون XX مترابطًا بالأقواس إذا كان كل نقطتين فيه موصولتين بتطبيق متصل γ ⁣:[0,1]X\gamma \colon \intcc{0}{1} \to X.

أمثلة

مثال 4.28

GLn(R)GL_n(\R) غير مترابطة: فالمحدد det\det متصل (وهو كثير حدود في العناصر) على R\R^*، وهذه غير مترابطة؛ وتقسم الصورتان العكسيتان للمجموعتين R+\R_+^* وR\R_-^* المجموعةَ GLn(R)GL_n(\R). (وكل قطعة مترابطة بالأقواس في الواقع — وهو تمرين لطيف يتجاوز حاجتنا.) وفي المقابل، GLn(C)GL_n(\C) مترابطة بالأقواس: التمرين 4.10.

مثال 4.29 (نقطة ثابتة من الترابط وحده)

لكل تطبيق متصل f ⁣:[0,1][0,1]f \colon \intcc01 \to \intcc01 نقطة ثابتة — بلا فرضية تقلّص وبلا تكرار. لننظر في g(x)=f(x)xg(x) = f(x) - x، وهي متصلة على المترابط [0,1]\intcc01:

g(0)=f(0)0,g(1)=f(1)10,g(0) = f(0) \geq 0, \qquad g(1) = f(1) - 1 \leq 0 ,

وتعطي مبرهنة القيم الوسطى (المبرهنة 4.27 (2)) جذرًا للدالة gg، أي نقطة ثابتة للتطبيق ff. وقارِن بمبرهنة باناخ (المبرهنة 4.12): فالوجود هنا طوبولوجي ومجاني، لكن الوحدانية والخوارزمية ضائعتان — فللتطبيق f=idf = \mathrm{id} كل نقطة ثابتة، وقد يدور تكرار تطبيق ff غير متقلّص إلى الأبد. ومبرهنتا النقطة الثابتة في هذا الفصل تجيبان عن سؤالين مختلفين بعملتين مختلفتين.

مثال 4.30 (R\R وR2\R^2 غير متماثلين طوبولوجيًا)

الترابط بصمة طوبولوجية. لنفترض أن h ⁣:R2Rh \colon \R^2 \to \R تماثل طوبولوجي (أي تقابل متصل ذو مقلوب متصل). ونحذف نقطة واحدة aR2a \in \R^2: فيبقى المقصور h ⁣:R2{a}R{h(a)}h \colon \R^2\setminus\{a\} \to \R\setminus\{h(a)\} تماثلًا طوبولوجيًا. لكن R2\R^2 ناقصَ نقطة مترابط بالأقواس — فنصل أي نقطتين بقطعة، مع الالتفاف على قطعة ثانية عبر نقطة مساعدة إذا اعترضت aa الطريقَ المباشر — ومن ثم فهو مترابط (المبرهنة 4.27 (3))؛ في حين أن R\R ناقصَ نقطة ينقسم إلى نصفَي مستقيم مفتوحين غير خاليين: فهو غير مترابط. والترابط محفوظ بالتطبيقات المتصلة: وهو تناقض. فالمستوي والمستقيم مختلفان فعلًا بوصفهما فضاءين طوبولوجيين — وهي واقعة لا تراها القوة وحدها (فالتقابلات من نمط التمرين 1.3 موجودة فعلًا!) لشدة خشونتها.

اقرأ في الفصل ←
تعريف 6.19 الرياضيات الجامعية — السنة 3 · الفصل 6 — الطوبولوجيا العامة

يكون XX مترابطًا إذا لم يكن اتحاد مجموعتين مفتوحتين منفصلتين غير خاليتين — وهذا يكافئ أن تكون أجزاؤه المفتوحة والمغلقة معًا هي \varnothing و XX لا غير؛ ويكافئ أن يكون كل تطبيق متصل X{0,1}X \to \{0, 1\} (متقطّع) ثابتًا. ويكون جزء مترابطًا إذا كان كذلك بوصفه فضاءً جزئيًا.

أمثلة

مثال 6.22 (منحني جيب الطوبولوجي)

لتكن Γ={(x,sin1x):0<x1}\Gamma = \{(x, \sin\frac1x) : 0 < x \leq 1\} ولتكن S=Γˉ=Γ({0}×[1,1])S = \bar\Gamma = \Gamma \cup (\{0\}\times[-1,1]) (فكل نقطة (0,y)(0, y) مع y1\abs y \leq 1 نهايةٌ لنقط من Γ\Gamma: بحل sin1x=y\sin\frac1x = y قرب 00). عندئذٍ تكون SS مترابطة — لأنها غلق المجموعة المترابطة Γ\Gamma، وهي صورة متصلة للفترة (0,1](0, 1] (المبرهنة 6.20(3)) — لكنها غير مترابطة بالمسارات: إذ إن مسارًا من (1,sin1)(1, \sin 1) إلى (0,0)(0,0) سيضطر إلى قطع فواصل 0\to 0 بينما يتذبذب الترتيب بين ±1\pm1؛ ويجعل التمرين 6.9 ذلك دقيقًا. فالترابط والترابط بالمسارات مختلفان فعلًا.

اقرأ في الفصل ←