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第一可数空间

First-countable space

每一点都有可数邻域基的拓扑空间。

条目类型
定义

形式陈述

拓扑空间 X 称第一可数,若每个点 xX 都有由可数集索引的邻域基 (Bn)n1:对任意邻域 N,存在 n 使

xBnN.

可把它替换为递减邻域基 Cn=B1Bn。每个度量空间第一可数,因为半径 1/n 的开球构成局部基。在第一可数空间中,xA 当且仅当存在 A 中序列收敛到 x;函数连续当且仅当保持所有序列极限。

直觉

第一可数性要求每个点附近有一列邻域足以细化所有邻域,因此序列可以按第 n 步进入第 n 个基本邻域,完整探测该点的局部拓扑。它是逐点条件,不要求全空间共享同一个可数基;后者是更强的第二可数性。缺少第一可数性时,点可位于集合闭包中却没有该集合中的序列收敛到它。

例子与边界

任意度量空间第一可数,但可能不第二可数:不可数离散空间的每个点局部基只有单点,却不存在可数全局基。不可数乘积 {0,1}I 在积拓扑下通常不第一可数;任何可数候选局部基只限制可数多个坐标,无法控制另一个坐标。第一可数不保证可分、Lindelöf 或可度量。序列刻画闭包虽成立,紧致性与序列紧致性之间仍需额外条件才能完全等价。

任何度量空间在 x 处都有半径 1/n 的可数邻域基,所以第一可数。序数空间 [0,ω1] 在点 ω1 处不是第一可数:任意可数邻域族的左端点上确界仍小于 ω1,无法细化所有尾区间。集合 [0,ω1) 的闭包含 ω1,却没有其中的序列收敛到 ω1

推论与应用

邻域若在每点有可数局部基,就得到第一可数空间;度量空间自动满足。此时拓扑空间中的序列收敛可刻画闭包与连续性,第二可数性则进一步提供全局可数基并常推出可分性。一般拓扑中的网与滤子正是为超越第一可数限制而引入。

参考资料
  • James R. Munkres, Topology, 2nd ed., Prentice Hall, 2000,§30, countability axioms。
  • Stephen Willard, General Topology, Dover reprint, 2004,Ch. 5, first countability and sequential criteria。
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