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第二可数空间

Second-countable space

存在可数拓扑基的拓扑空间。

条目类型
定义

形式陈述

拓扑空间 X 称第二可数,若其拓扑存在由可数集 B 构成的基:每个开集都可写成 B 中元素的并。第二可数空间必第一可数,因为包含点 x 的基元素构成可数局部基;它也必 Lindelöf。若空间非空,选取每个非空基元素中的一点可得可数稠密集,因此第二可数蕴含可分(这里使用可数选择的常见形式)。

直觉

第二可数性要求全空间的所有开集都可由一个可数基拼出,是一种全局规模控制。空间即便有不可数多个点,仍可能只需可数种基本局部形状;实线的有理端点区间就是例子。它比每点各有可数邻域基更强,并排除不可数多个彼此分离开块等过大的拓扑。

例子与边界

Rn 的有理中心、有理半径开球构成可数基。任意可数离散空间第二可数;不可数离散空间不是第二可数,因为每个单点开集都必须含唯一能细化它的基元素。可分度量空间第二可数,但一般拓扑中可分不蕴含第二可数;第一可数也不蕴含第二可数。第二可数的子空间仍第二可数;连续开满射的像也第二可数。任意商映射的基元素像未必开,因此一般商空间不能仅凭“取基的像”断言第二可数,且分离性质也可能丢失。

不可数个实线的拓扑不交并中,每个点仍有可数邻域基,所以空间第一可数;但每个分量都是非空开集,任何拓扑基都必须为每个分量提供至少一个不同的基元素,因而不可能可数。这直接展示第一可数不蕴含第二可数。

推论与应用

拓扑基可数便得到第二可数性,它自动推出第一可数性、Lindelöf 性与可分性。拓扑流形加入此条件以获得可数图册、可数紧穷竭和分割单位;子空间与可数积通常保留第二可数性,而任意商或不可数积则需另查。

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