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T1 空间

T1 space · Fréchet space

每个单点集都闭,等价地任意一点都可由邻域排除另一个点的空间。

条目类型
定义

形式陈述

拓扑空间 X 称为 T1 空间,若每个单点集 {x} 都是闭集。等价地,对任意不同的 x,yX,存在开集 U,V 满足

xU, yU,yV, xV.

这里并不要求 UV=。若单点闭,直接取 U=X{y}V=X{x} 即可。反过来,对固定的 y,把所有含 xy 而不含 y 的开集取并,得到开集 X{y},故 {y} 闭。

再等价地,每个点都满足

{U:U 是 x 的开邻域}={x}.

任意其他点能被其中至少一个邻域排除。这个交集不必开,因为拓扑只保证有限交保持开放。

直觉

T1 让单个点成为可用闭条件指定的对象。它消除了“无论怎样靠近 x,总不得不同时包含另一个固定点 y”的情形,但不保证两点的整片邻域能彼此避开。

Hausdorff 条件要求一对不交邻域,因此更强。常值序列 x,x,T1 空间只能收敛到 x:对 yx,开邻域 X{x} 已阻止它收敛到 y。一般变化的序列却仍可能有多个极限。

例子与边界

度量空间是 T1:若 xy,半径小于 d(x,y)x 中心球排除了 y。事实上取半径 d(x,y)/3 能得到不交球,故它们甚至 Hausdorff。

无限集合 X 上的余有限拓扑规定:空集和补集有限的集合开放。单点补集开放,所以它是 T1;两个非空开集的交仍余有限且非空,所以它不是 Hausdorff。在 X=N 时,序列 1,2,3, 收敛到每个自然数,因为每个余有限邻域都包含它的一个尾段。

同一例子也说明紧集未必闭。偶数集 EN 带有余有限子空间拓扑;任意开覆盖先选一个非空成员,只剩有限多个点,再逐点补选便得到有限子覆盖,所以 E 紧。但 E 无限且非全空间,不是余有限拓扑中的闭集。

至少含两个点的平凡拓扑不是 T1。有限 T1 空间则必离散:任意子集是有限个闭单点的并,因此闭,其补集也闭,故任意子集同时开。无限余有限空间表明有限性不能删除。

推论与应用

有限点集在 T1 空间中总闭,故从开集删去有限个点仍开。这还给出聚点的实用判据:若 xA 的聚点,每个 x 的邻域必须含无穷多个 A 中点;否则删掉其中有限多个非 x 的点,就得到不再碰到 A{x} 的邻域,矛盾。

采用包含 T1 的命名约定时,正则空间和正规空间分别称为 T3T4。少数文献把 T1 称为 Fréchet 空间;这不同于泛函分析中的完备可度量局部凸 Fréchet 空间,不能仅凭同名转移结论。

参考资料
关系图谱10 个相邻概念 · 2 类关系

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