1. 引言与预备知识
2002年,匈牙利数学家A. Csaszar在文献 [1] 中引入了广义拓扑概念,他定义:集合的一个子集族称为是一个广义拓扑,如果空集并且对于任何族有。不难看出:广义拓扑实际上是一个半拓扑。2015年,文献 [2] 把广义拓扑称为上半拓扑,进而引入下半拓扑的概念,使得点集拓扑的一些性质得到了很好的推广。最近,文献 [3] 和文献 [4] 利用文献 [2] 的研究方法,将任意一个拓扑进行重新剖分为两个半拓扑,即左半拓扑与右半拓扑,并且分别记这两个半拓扑为L-半拓扑与R-半拓扑。同时,这两文献又从另一个角度推广了拓扑的概念,分别得到了L-半拓扑空间和R-半拓扑空间的一些研究结果。本文主要在文献 [4] 的基础上,对R-半拓扑空间进行研究,主要讨论R-半拓扑空间的点集性质、R-半拓扑基与R-半拓扑的比较。
定义1.1 [4] :设是一个非空集合,是的一些子集构成的集族,如果下列条件被满足:
(O1);(O2) 若,则。
则称为集合上的一个R-半拓扑,并且称有序偶为一个R-半拓扑空间,中的每一个集合都称为R-半拓扑空间的R-开集。本文在不混淆的情况下,通常用简记。
定义1.2 [4] :设为R-半拓扑空间,,,如果,使得,则称为点的一个R-邻域。点的邻域全体称为点的R-邻域系,记作,并称为由拓扑导出的的R-邻域系。
定义1.3 [4] :设为R-半拓扑空间,,,如果使得,则称点为点集的R-内点。点集的R-内点的全体称为的R-内部,记为或。
此外,本文中所有没定义的关于R-半拓扑空间的相关概念(例如子空间等)、术语和记号,如果没有特殊声明,都来自于文献 [5] 。
2. 关于R-半拓扑空间的一些性质
根据文献 [5] 在一般拓扑空间中,有结论:为开集的充要条件是。但在R-半拓扑空间中该结论不成立。
命题2.1:设是R-半拓扑空间,,若为开集,则。反之,结论不成立。
证明:(1) 因为为开集,对,,使得,由R-内点的定义可知,所以;又显然有,故。
(2) 反之,可取,,则是R-半拓扑空间。又取,则对,,使得。由R-内点的定义,有。因此;又,所以有。但,因此不是开集。
下面是与拓扑空间类似的两个结果:
命题2.2:设是R-半拓扑空间,,如果是的开子集,则开于当且仅当开于。
证明:(必要性) 设开于,存在中开集使得,又因是的开子集,则,因此是中开集。
(充分性) 设开于,则开于。而,因此,开于。
命题2.3:设是一个R-半拓扑空间,,则。
证明:对于,因使得并且,则使得,故。又因且,则。所以,。
反过来,对于,则存在使得并且存在使得。对于,又存在使得,则存在使得。因此,。
从而,。
3. 关于R-半拓扑的比较
定义3.1:设,是上的两个R-半拓扑,如果,则称是比更粗的R-半拓扑,或称是比更细的R-半拓扑。
命题3.1:设,是上的两个R-半拓扑,和分别是关于与的全体闭集构成的集族,则是比更粗的R-半拓扑当且仅当。
证明:(必要性),有,因,则,故,从而,。
(充分性) 对于,有,因,则。故,因此,,是比更粗的R-半拓扑。
众所周知,在一般拓扑学中有定理 [5] :如果,是上的两个拓扑,则当且仅当,有。下面证明:这定理在R-半拓扑空间中不成立:
命题3.2::设,是上的两个R-半拓扑,若,则,有。反之,结论不真。
证明:(1) 设,对于,,,使得。因为,则并且,故,所以。
(2) 反之,可取,,,则,是上的两个R-半拓扑,由R-邻域的定义,有
,
因此,对于,有。但是,。
4. R-半拓扑基
定义4.1:设是R-半拓扑空间,,如果,存在,使得,则称B为R-半拓扑的一个基,也称B为的一个R-半拓扑基。
命题4.1:设是R-半拓扑空间,B为R-半拓扑的一个基当且仅当,,使得。
证明:(必要性) 设B为R-半拓扑的一个基,即,存在,使得,故,,使得。
(充分性),若,则,使;若,因为,,使得。故。由R-半拓扑基的定义知:B为的一个基。
在一般拓扑空间中,有如下结论:
设是拓扑空间,B为的一个基,则B满足下面两个条件:(1);(2),,使得。但在R-半拓扑空间中,上述条件(1)不一定成立。
例如:可取,则,,但。
5. R-半拓扑空间的分离性质
现在,类比一般拓扑空间的分离性质引入R-半拓扑空间的分离性质:
定义5.1:设是一个R-半拓扑空间,且中的任意一点都有包含它的邻域存在。
(1) 称是R-T0的,如果,,使得,或者使得。
(2) 称是R-T1的,如果,,,使得并且。
(3) 称是R-T2的,如果,,,使得。
定理5.1:R-半拓扑空间为R-T0空间当且仅当任意,若,则。
证明:(必要性) 设为R-T0空间,任意,。由公理,不妨设存在,使得,即闭于,故,因此,从而。
(充分性) 任意,,因,则或。不失一般性,设,即存在。下证。从而存在,有。事实上,若,则,因此,于是。这与矛盾。
定理5.2:若R-半拓扑空间中每个单点集都是闭集,则是R-T1空间。
证明:任意,。因为是闭集,则为开集,并且
又因为。故为空间。
在一般拓扑学中,定理5。2的逆命题也成立,但在R-半拓扑中却不成立,反例如下:
取,。容易验证是一个R-T1空间,但存在中的单点集不是闭集。
定理5.3:R-半拓扑空间是R-T2空间当且仅当中每个收敛网有唯一极限。
证明:(必要性)反证。若中存在一个收敛网有两个极限点与并且。由的性,存在,存在,使得。因为,故存在,使得任意,有。又因,故存在,使得任意,有。再由的定向性,存在,使得且。因此,任意,有。这与矛盾。从而有唯一的极限点。
(充分性) 反证。若不是空间,即存在,使得任意,任意,有。取,并且定义。
又在中定义半序“”:当且仅当且。则是一个定向集。为中的一个网。
现在证:并且。
事实上,,取,则。对于,当时,有。因此。同理可证,。
定义5.2:设是一个R-半拓扑空间,且中的任意一点都有包含它的邻域存在。
(1) 称是R-半正则的,如果,闭于,若,则,,使得。
(2) 称是R-半正规的,如果闭于,若,则,使得。
定理5.4:R-半拓扑空间是正则的当且仅当,,,使得。
证明:(必要性)设,,存在开集,使得。记,则闭于并且。由的正则性,开集,开集,使得。则。因而,,使得
(充分性) 设,闭于并且。令,则开集。由假设,使得。令,则
因此,且。从而是正则的。
6. 小结
本文在文献 [4] 的基础上进一步探究右半拓扑即R-半拓扑空间的性质,得到了R-半拓扑空间的一些结论以及R-半拓扑的比较与R-半拓扑基的一些结果。进而,丰富了R-半拓扑空间理论。同时,给出反例说明有些在一般拓扑中成立的命题在R-半拓扑中却不成立。
参考文献