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  • 1 # rubik

    在數學分析裡,我們知道有界閉區間上的連續函式有界,且可以達到最大值和最小值。這個性質可以推廣到歐式空間 R^n(Euclidean space)裡的有界閉集上。而緊集(compact set),就是歐式空間裡有界閉集在更一般空間上的推廣,使得連續函式也能在該集合上取到最值。

    在平時經常還會遇到列緊,準緊,相對緊等不同的名詞,它們有什麼區別嗎,跟緊(compactness)又有什麼聯絡呢?

    先從緊集的定義說起。

    緊集

    在拓撲空間 (topological space)中,如果集合M的每個開覆蓋都有有限子覆蓋,我們稱 M 是緊的。

    注:這裡開覆蓋的有限子覆蓋意思是,覆蓋 M 的任一族開集裡,總可以找到有限個開集覆蓋 M。有時緊集也稱緊空間。

    有結論:緊集在連續對映下的像也是緊的。根據這個,就可以證明連續函式在緊集上取最值的性質。而實際上,數學分析裡該性質的證明,是運用集合的列緊性(自列緊):

    列緊

    度量空間(metric space)X上,如果子集A中的任何點列在X 中有一收斂的子列,則稱A 是列緊的(sequentially compact),如果該子列收斂到A裡,則稱A自列緊。

    注:如果全空間X列緊,則也自列緊,稱作列緊空間。

    可以看到,列緊的定義,用到了序列極限的概念,需要用到距離,所以是在度量空間裡。而每個度量空間自然是拓撲空間,這時,就有一個很重要的結果:

    緊=自列緊

    舉例子:R^n中的有界子集是列緊的,有界閉集是自列緊的,即緊集,反之也成立。一般地,在有限維賦範空間(Finite dimensional normed space)(可以看作特殊的度量空間)裡,有界集等價於列緊,有界閉集等價於緊。但一般的度量空間裡,只能得到結論:緊集一定是有界閉集,反之不一定。

    準緊

    在拓撲空間裡,如果一個子集的閉包是緊的,我們稱該集合準緊(precompact),也稱相對緊(relatively compact )。

    總結下,在美好的歐式空間 R^n,既是有限維賦範空間,自然是度量空間,也是拓撲空間。於是乎就有:

    任何有界子集=列緊=準緊(相對緊)

    任何有界閉集=自列緊=緊

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