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Alexandroff 单点紧化

Alexandroff one-point compactification

向非紧局部紧 Hausdorff 空间添加一个无穷远点得到紧空间。

条目类型
模型

形式陈述

X 为非紧局部紧 Hausdorff 空间。令 X=X{},其中 X 的原开集仍开,而含 的集合规定为

{}(XK),

其中 KX 紧。则 X 是紧 Hausdorff 空间,X 是其中开且稠密的子空间;这称 Alexandroff 单点紧化。它在固定 X 的同胚意义下唯一。若 X 不局部紧,所得拓扑通常不能同时保持 Hausdorff;若 X 已紧,添加点会使 X 不再稠密,因而不是紧化。

直觉

新点 的邻域由紧集的补决定,所以一列点趋向 ,直观上就是最终离开每个紧子集。局部紧性保证原空间各点仍能与 用开集分开,Hausdorff 性保证紧集闭,从而扩张空间仍 Hausdorff。把所有逃逸方式合并成一个点是这项构造的力量,也是它丢失“不同方向无穷远”的来源。

例子与边界

R 的单点紧化同胚于圆周 S1Rn 的单点紧化同胚于球面 Sn。无限离散空间的单点紧化中,无穷远点邻域是余有限集,得到一个紧 Hausdorff 空间。闭半直线 [0,) 的单点紧化同胚于闭区间。单点紧化把不同无穷方向合并,因此不适合需要区分 + 的问题。

X=N 取离散拓扑时,其单点紧化同胚于

{0}{1/n:n1}R,

对应关系把无穷远点送到 0。因此“整数逃向无穷”在紧化后成为普通收敛。若离散空间不可数,所得紧化在无穷远点不再第一可数:任何可数邻域族只排除至多可数多个点,无法细化所有余有限邻域。

推论与应用

局部紧 Hausdorff 空间满足构造所需的分离条件,所得空间是一个紧化紧集的补给出无穷远邻域,proper 映射因此常能延拓为固定无穷远点的连续映射。Rn 的结果连接球面、约化同调与紧支撑上同调,也把“无穷远处边界条件”转成普通点附近的拓扑问题。

参考资料
  • James R. Munkres, Topology, 2nd ed., Prentice Hall, 2000,§29, one-point compactification。
  • Stephen Willard, General Topology, Dover reprint, 2004,Ch. 8, Alexandroff compactification。
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