数学、特に一般位相幾何学および関連分野において、ネットまたはムーア・スミス数列とは、定義域が有向集合である関数である。この関数の終域は通常、何らかの位相空間である。ネットは、距離空間における数列の概念を直接的に一般化したものである。ネットは主に解析学と位相幾何学の分野で用いられ、数列では(一般に)表現できない多くの重要な位相的性質を表現するために用いられる(数列のこの欠点が、数列空間やフレシェ・ウリソン空間の研究を促した)。ネットはフィルタと1対1に対応する。
ネットの概念は、1922 年にEH ムーアとハーマン L. スミスによって初めて導入されました。 [ 1 ]「ネット」という用語は、ジョン L. ケリーによって造語されました。[ 2 ] [ 3 ]
有向集合とは、空でない集合のことである。先行注文とともに、通常は自動的に次のように表されると想定される(特に明記されていない限り)また、上向きでもあるという性質を持ち、つまり、任意のいくつか存在するそのためそして 言葉で言うと、この性質は、任意の 2 つの要素 ()常に、それら両方よりも「上」にある要素(それぞれ以上)が存在します。このように、有向集合は「方向」の概念を数学的に厳密な方法で一般化しています。ただし、重要なことに、有向集合は全順序や部分順序である必要はありません。有向集合には最大要素が存在する場合があります。この場合、条件はそして厳密な不等式では置き換えることができないそしてなぜなら、 aまたはbが最大要素である場合、厳密な不等式は満たされないからである。
ネット、と表記されるは、次の形式の関数です。そのドメインは有向集合であり、その値はネットの定義域の要素はインデックスと呼ばれます。文脈から明らかなように、それは単にネットと呼ばれており、予約注文可能な指定セットですネットの表記法は様々で、例えば山括弧を用いる。代数トポロジーの表記法でよく見られるように、塗りつぶされた円盤または「点」は入力変数またはインデックスの代わりとなる。。
ネット最終的にまたは残余的に セットに含まれると言われているもし存在するならばすべてのと要点ある点と呼ばれる限界点またはネットの制限でいつでも:
同等に表現すると次のようになります。収束するまたは持っている限界として;また、以下のように様々に表記される:もし文脈から明らかであれば、表記から省略してもよい。
もしそしてこの制限は一意である(つまりのみ)すると、次のように書く。矢印の代わりに等号を使用する[ 4 ]ハウスドルフ空間では、収束ネットの極限は一意である。 [ 4 ] 一部の著者は、表記法を区別していない。そしてしかし、周囲の空間によっては曖昧さが生じる可能性があるハウスドルフではない。
ネットと言われている頻繁にまたは最終的にすべてのいくつか存在するそのためそして[ 5 ] 1点と言われているネットの集積点またはクラスター点がのネットは頻繁に/最終的に[ 5 ]実際、は、 に収束するサブネットを持つ場合に限り、クラスタポイントである。[ 6 ]セットすべてのクラスターポイントのうちでに等しい各、 どこ。
ネットにおける「部分列」に相当する概念は「サブネット」です。「サブネット」にはいくつかの異なる非等価な定義がありますが、この記事では1970年にStephen Willardによって導入された定義[ 7 ]を使用します。それは次のとおりです。そしてネットはサブネットまたはウィラードサブネット[ 7 ]順序保存マップが存在する場合そのためは、の共終部分集合である。そして 地図は、 のとき、 が であるとき、順序保存性および順序準同型性を持つと呼ばれます。それから セット共同決勝進出は、すべてのいくつか存在するそのため
もしあるサブネットのクラスタポイントですそれからまた、クラスターポイントでもある[ 6 ]
ネットセット内と呼ばれるユニバーサルネットまたはウルトラネットは、すべての部分集合に対して最終的にはまたは最終的には補集合の中にある[ 5 ]
すべての定数ネットは(自明な)ウルトラネットである。ウルトラネットのすべてのサブネットはウルトラネットである。[ 8 ]選択公理を仮定すると、すべてのネットにはウルトラネットであるサブネットが存在するが、非自明なウルトラネットは明示的に構築されたことはない。[ 5 ] もしウルトラネットはそして関数である場合ウルトラネットは[ 5 ]
与えられたウルトラネットクラスター収束する場合に限り[ 5 ]
コーシーネットは、コーシー列の概念を一様空間上で定義されたネットに一般化したものである。[ 9 ]
ネットはコーシーネットは、すべてのアントラージュに対して存在するすべてののメンバーです[ 9 ] [ 10 ]より一般的には、コーシー空間、ネットネットによって生成されたフィルタがコーシーフィルタである場合、それはコーシーフィルタである。
位相ベクトル空間(TVS)は、すべてのコーシーネットが何らかの点に収束する場合に完全であると呼ばれる。位相ベクトル空間の特殊なタイプであるノルム空間は、すべてのコーシー列が何らかの点に収束する場合(この性質は列完全性と呼ばれる)に限り、完全TVS(同等にバナッハ空間)となる。ノルム空間の完全性を記述するのにコーシーネットは必要ないが、より一般的な(場合によってはノルム化できない)位相ベクトル空間の完全性を記述するにはコーシーネットが必要となる。
位相幾何学のほぼすべての概念は、ネットと極限の言葉で言い換えることができます。ネットの極限の概念は数列の極限の概念と非常によく似ているため、これは直感を養う上で役立つかもしれません。以下の定理と補題は、その類似性をより確固たるものにするのに役立ちます。
サブセット閉鎖中すべての限界点がネットの必然的に具体的に言うと、もしネットにはすべての人々のために、 そしてでそれから
サブセットネットがない場合に限りオープンします収束して[ 11 ]また、部分集合は、すべてのネットが の要素に収束する場合に限り開いている。最終的には こうした「開集合」の特性によって、ネットワークはトポロジーを特徴づけることができる。集合が開集合であるのは、その補集合が閉集合である場合に限るため、トポロジーは閉集合によっても特徴づけることができる。したがって、ネットワークにおける「閉集合」の特性は、トポロジーを特徴づけるためにも利用できる。
関数位相空間間の連続性は一点で成り立つすべてのネットに対してドメインでは、で暗示するで[ 6 ] 簡単に言うと、関数連続であるのは、で暗示するで 一般的に、「ネット」という単語を「シーケンス」に置き換えると、この記述は正しくなくなります。つまり、自然数以外の有向集合も考慮する必要があります。第一可算空間ではない(または順次空間ではない)。
スペースコンパクトであるのは、すべてのネットがコンパクトである場合に限る。で制限のあるサブネットがありますこれは、ボルツァーノ・ワイエルシュトラスの定理とハイネ・ボレルの定理の一般化と見なすことができる。
ネットのクラスタ点の集合は、その収束するサブネットワークの境界の集合と等しい。
ネットワークに制限が存在するのは、そのすべてのサブネットに制限が存在する場合に限る。この場合、ネットワークのすべての制限は、すべてのサブネットの制限でもある。
一般的に、空間内のネット複数の制限を持つことができますが、ハウスドルフ空間であれば、ネットの極限は存在する場合、一意である。逆に、ハウスドルフでないならば、ネットが存在する2つの異なる極限を持つ。したがって、極限の一意性は空間上のハウスドルフ条件と同等であり、実際、これを定義とみなすこともできる。この結果は方向性条件に依存する。一般的な前順序または半順序でインデックス付けされた集合は、ハウスドルフ空間であっても異なる極限点を持つ可能性がある。
フィルタは、位相空間における収束の一般的な定義を可能にする、位相幾何学における関連概念である。この2つの概念は、収束の概念が同じであるという点で同等である。[ 12 ]より具体的には、すべてのフィルタ基底は、フィルタの点集合を用いて関連するネットを誘導し、フィルタ基底の収束は関連するネットの収束を意味する。同様に、任意のネットはでテールのフィルターベースを誘導するフィルターがこのフィルタ基底によって生成されるものは、ネットのイベントフィルタと呼ばれます。ネットの収束は、イベントフィルタの収束を意味します。[ 13 ]この対応関係により、一方の概念で証明できる定理は、他方の概念でも証明できます。[ 13 ]例えば、ある位相空間から別の位相空間への関数の連続性は、定義域におけるネットの収束が対応する終域におけるネットの収束を意味するか、フィルタ基底を用いた同じ記述によって特徴付けられます。
ロバート・G・バートルは、両者は等価であるにもかかわらず、両方の概念を持つことが有用であると主張している。[ 13 ]彼は、ネットはシーケンスに十分似ているため、シーケンス、特に解析学でよく見られるようなシーケンス要素を用いたシーケンスに類推して自然な証明や定義を行うことができると主張している。一方、フィルターは代数トポロジーで最も有用である。いずれにせよ、彼は、この2つを組み合わせて一般トポロジーのさまざまな定理を証明する方法を示している。
ネットの学習曲線は、一般的にフィルターの学習曲線よりも緩やかであるため、多くの数学者、特に解析学者はフィルターよりもネットを好みます。しかし、フィルター、特に超フィルターは、ネットに比べて重要な技術的利点をいくつか持っており、結果として、解析学や位相幾何学の分野以外では、ネットはフィルターよりもはるかに使用頻度が低くなっています。
空でない全順序集合はすべて有向である。したがって、そのような集合上のすべての関数はネットである。特に、自然数は通常の整数比較と併せて前順は有向集合の典型的な例です。数列は自然数上の関数なので、すべての数列は位相空間においてネットと考えることができる定義済み逆に、定義域が自然数であるネットは、定義により、自然数における数列である。これは単なる関数ですの中へこのように、ネットはシーケンスの一般化である。可算線形順序集合上で定義されるのではなく() ネットは任意の有向集合上に定義されます。ネットは、シーケンスで使用される表記法に類似した(そしてそれに触発された)表記法を使用して頻繁に表されます。たとえば、添え字表記法シーケンスから取得されます。
同様に、数列のすべての極限と関数の極限は、ネットの極限として解釈できます。具体的には、ネットは最終的に部分集合になります。の存在する場合すべての整数に対して要点はそれですべての近隣についてのネットは最終的にネットはしばしばサブセットに含まれるのすべてのある整数が存在するそのためすなわち、数列の無限個の要素がつまり、ポイントはがネットのクラスター点であるのは、すべての近傍がの無限に多くの数列の要素を含む。
位相空間の文脈では、シーケンスは位相空間間の関数に関するすべての情報を完全に符号化するわけではありません。特に、以下の2つの条件は一般にマップに対して等価ではありません。位相空間間そして:
条件1は常に条件2を保証するが、その逆は必ずしも真ではない。2つの条件が等価な空間は、シーケンシャル空間と呼ばれる。距離空間を含むすべての第一可算空間はシーケンシャル空間であるが、すべての位相空間がシーケンシャル空間であるとは限らない。ネットはシーケンスの概念を一般化し、条件2は次のように解釈される。
この変更により、位相空間のすべてのマップに対して条件が等しくなります。これには、点の周囲に可算または線形順序付けられた近傍基底を必ずしも持たない位相空間も含まれます。したがって、シーケンスは位相空間間の関数に関する十分な情報を符号化しませんが、ネットはそれを符号化します。なぜなら、位相空間における開集合の集合は、振る舞いにおいて有向集合と非常によく似ているからです。
シーケンスだけでは不十分な例については、セットを解釈してください。プロトタイプを持つすべての機能デカルト積として(関数を特定することによって)タプル付き(逆に)積位相を与え、は点ごとの収束の位相と同一である。すべての関数の集合を表すに等しい有限個の点を除いてすべての場所で(つまり、集合が定数は有限である。関数 :\mathbb {R} \to \{0\}} は、でつまり、[ 8 ]これは、ネットを構築することによって証明されます。収束してしかし、収束して[ 14 ]これは、シーケンスだけでは望ましい結論に到達できないため、(非シーケンス)ネットを使用する必要がある唯一の例です。要素を比較します。通常の方法でポイントごとに宣言することにより、かつその場合に限りすべての人々のためにこのポイントごとの比較は、有向集合は、任意の点ごとの最小値に属するそして満たすそしてこの半順序は恒等写像を反転させる :(E,\geq )\to E} (定義:)を-値ネット。このネットは点ごとに収束し、でこれはつまり閉鎖に属するで
より一般的には、シーケンスのサブセットは必ずしもシーケンスではありません。 [ 5 ] [ a ]さらに、シーケンスのサブセットはシーケンスである場合もありますが、部分シーケンスであるとは限りません。[ b ]しかし、シーケンス空間の特定の場合、すべてのネットは対応するシーケンスを誘導し、この関係はサブセットを部分シーケンスにマッピングします。具体的には、第一可算空間の場合、ネットはシーケンスを誘導するどこは次のように定義されます。最小値 つまり、そしてすべての整数に対して。
セットの場合によって誘導される部分空間トポロジーが備わっている。それからでかつその場合に限りでこのように、ネットが与えられた点に収束するこの位相部分空間にのみ依存するから構成されるそしてネットの画像(つまりネットの点)
直感的に言えば、ネットの収束は値来て、私たちが望む限り近くに滞在してください十分に大きいある点が与えられた場合位相空間において、を含むすべての近隣の集合を表すそれからは有向集合であり、方向は逆包含によって与えられるので、かつその場合に限りに含まれるのためにさせてポイントになるそれからネットです。に関して増加するポイントネット内の要素は、減少する近傍に存在するように制約されている。したがって、点のこの近傍システムでは、実際に収束する正味収束の定義によれば。
サブベースが与えられた場合トポロジーについては(ここで、位相のすべての基底は部分基底でもあることに注意してください)そして、ある点が与えられたときネットで収束して最終的にすべての地域に広がる場合に限りのこの特徴付けは、与えられた点の近傍サブベース(したがって近傍ベースも)にまで及ぶ。
積空間におけるネットが極限を持つのは、各射影が極限を持つ場合かつその場合に限る。
具体的には、位相空間であり、それらのデカルト積を与える積トポロジー を持ち、すべてのインデックスに対してを正準射影としますによる
させてネットになる監督そして各インデックスについてさせて 「差し込む」の結果を示すの中へ結果として正味この定義を関数合成の 観点から考えると便利な場合がある。ネットの構成に等しい投影と共につまり、
任意の点においてネット収束して製品分野ですべてのインデックスに対して収束してで[ 15 ] そしてネットがクラスターはでそれからクラスターはすべてのインデックスについて[ 8 ]しかし、一般に逆は成り立たない。 [ 8 ]例えば、そして数列を表す交互にそしてそれからそして両方のクラスターポイントですそしてでしかしクラスターポイントではありません半径の開いた球中心は1点も含まれていない
いいえの場合が与えられますが、すべてのいくつか存在するそのためで次に、タプルは次のように定義されます。制限がありますで しかし、このタプルがが存在する。選択公理は、次のような状況では必要ない。有限であるか、またはすべてのネットの唯一の制限(そうすれば選択肢がなくなるため)これは、例えば、すべてのはハウスドルフ空間である。無限でありが空でないならば、選択公理は(一般に)射影がこれらは全射写像です。
選択公理は、任意のコンパクト位相空間の集合の積がコンパクトであることを述べるチコノフの定理と同等です。しかし、すべてのコンパクト空間がハウスドルフ空間でもある場合、代わりにいわゆる「コンパクトハウスドルフ空間に対するチコノフの定理」を使用できます。これは超フィルター補題と同等であり、選択公理よりも厳密に弱いものです。ネットを使用すると、上記のネット収束の特徴付けと、すべてのネットが収束する部分空間を持つ場合に限り空間がコンパクトであるという事実を組み合わせることで、チコノフの定理のどちらのバージョンについても簡潔な証明を与えることができます。
実数のネットの上限と下限は、数列の場合と同様の方法で定義できます。 [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]一部の著者は、完全格子のような実数直線よりも一般的な構造を扱っています。[ 19 ]
ネットの場合置く
実数のネットの上限極限は、数列の場合と類似した多くの性質を持つ。例えば、 等号は、いずれかのネットが収束する場合に常に成立する。
リーマン積分の値の定義は、リーマン和のネットワークの極限として解釈することができ、そのネットワークの有向集合は、積分区間のすべての分割の集合であり、包含関係によって部分的に順序付けられている。
仮定するは距離空間(または擬距離空間)であり、は距離位相を備えている。ポイントでありネットの場合、でかつその場合に限りでどこは実数のネットです。平易な言葉で言えば、この特徴付けは、ネットが距離空間内の点に収束するのは、ネットと点の間の距離がゼロに収束する場合に限る、ということです。がノルム空間(または半ノルム空間)である場合でかつその場合に限りでどこ
もし少なくとも2つの点がある場合、点を固定できます(のようなユークリッド距離で例えば、原点である)セットを方向付ける逆は距離に応じて宣言することによってかつその場合に限り言い換えれば、関係は「少なくとも同じ距離を持つ」したがって、この関係に関して「十分に大きい」とは「十分に近い」という意味になります。. 定義域が与えられた任意の関数その制限はは、正統的に、方向付けられたネットとして解釈できる。[ 8 ]
ネット最終的にはサブセットに含まれる位相空間の存在する場合に限り、すべての満足要点は このようなネット収束するある地点までかつその場合に限り通常の意味では(つまり、どの地域でも)の最終的には[ 8 ]
ネットサブセットに頻繁に含まれるのすべてのいくつか存在するとそのためは したがって、ポイントはネットワークのクラスターポイントですすべての近隣についてのネットは頻繁に
整列集合を考える制限点付きそして関数から位相空間へこの関数はネットです
最終的にはサブセットになりますの存在する場合すべての要点は
それですべての近隣についての最終的には
ネットサブセットに頻繁に含まれるのすべてのいくつか存在するそのため
ある点はネットワークのクラスターポイントですすべての近隣についてのネットは頻繁に
最初の例は、この特殊なケースで、
順序インデックス付きシーケンスも参照してください。
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