支撑集

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在数学中,一个定义在集合Xdisplaystyle XX上的实值函数fdisplaystyle ff支撑集,或简称支集,是指Xdisplaystyle XX的一个子集,满足fdisplaystyle ff恰好在这个子集上非0displaystyle 0displaystyle 0。最常见的情形是,Xdisplaystyle XX是一个拓扑空间,比如实数轴等等,而函数fdisplaystyle ff在此拓扑下连续。此时,fdisplaystyle ff的支撑集被定义为这样一个闭集Cdisplaystyle CCfdisplaystyle ffX∖Cdisplaystyle Xbackslash CXbackslash C中为0displaystyle 0displaystyle 0,且不存在Cdisplaystyle CC的真闭子集也满足这个条件,即,Cdisplaystyle CC是所有这样的子集中最小的一个。拓扑意义上的支撑集是点集意义下支撑集的闭包。


特别地,在概率论中,一个概率分布是随机变量的所有可能值组成的集合的闭包。



紧支撑


一个函数被称为是紧支撑于空间Xdisplaystyle XX的,如果这个函数的支撑集是Xdisplaystyle XX中的一个紧集。例如,若Xdisplaystyle XX是实数轴,那么所有在无穷远处消失的函数英语vanish at infinity都是紧支撑的。事实上,这是函数必须在有界集外为0displaystyle 0displaystyle 0的一个特例。在好的情形英语Pathological (mathematics)下,紧支撑的函数所构成的集合,在所有在无穷远处消失的函数构成的集合中,是稠密集的,当然在给定的具体问题中,这一点可能需要相当的工作才能验证。例如对于任何给定的ϵ>0displaystyle epsilon >0epsilon >0,一个定义在实数轴Xdisplaystyle XX上的函数fdisplaystyle ff在无穷远处消失,可以粗略通过选取一个紧子集Cdisplaystyle CC来描述:


|f(x)−1C(x)f(x)|<ϵdisplaystyle |f(x)-1_C(x)f(x)|<epsilon

其中1C(x)displaystyle 1_C(x)1_C(x)表示Cdisplaystyle CC的指示函数。


注意,任何定义在紧空间上的函数都是紧支撑的。


当然也可以更一般地,将支撑集的概念推广到分布,比如狄拉克函数:定义在直线上的δ(x)displaystyle delta (x)delta (x)。此时,我们考虑一个测试函数Fdisplaystyle FF,并且Fdisplaystyle FF是光滑的,其支撑集不包括0displaystyle 0displaystyle 0。由于δ(F)displaystyle delta (F)delta (F)(即δdisplaystyle delta delta 作用于Fdisplaystyle FF)为0displaystyle 0displaystyle 0,所以我们说δdisplaystyle delta delta 的支撑集为0displaystyle 00。注意实数轴上的测度(包括概率测度)都是分布的特殊情况,所以我们也可以定义一个测度支撑集。



奇支集


在傅立叶分析的研究中,一个分布的奇支集或奇异支集有非常重要的意义。 直观地说,这个集合的元素都是所谓的奇异点,即使得这个分布不能局部地看作一个函数的点。


例如,单位阶跃函数的傅立叶变换,在忽略常数因子的情况下,可以被认为是1/xdisplaystyle 1/x1/x,但这在x=0displaystyle x=0x = 0时是不成立的。所以很明显地,x=0displaystyle x=0x = 0是一个特殊的点,更准确地说,这个分布的傅立叶变换的奇支集是0displaystyle 00,即对于一个支撑集包括0displaystyle 0displaystyle 0的测试函数而言,这个分布的作用效果不能表示为某个函数的作用。当然这个分布可以表示为一个柯西主值意义下的瑕积分。


对于多变量的分布,奇支集也可以更精确地被描述为波前集,从而可以利用数学分析来理解惠更斯原理。奇支集也可以用来研究分布理论中的特殊现象,如在试图将分布'相乘'时候导致的问题(狄拉克函数的平方是不存在的,因为两个相乘的分布的奇支集必须不相交)。



支撑族


支撑族是一个抽象的拓扑概念,昂利·嘉当在一个层中定义了这个概念。在将庞加莱对偶性推广到非紧的流形上的时候,在对偶的一个方面上引入紧支撑的概念是自然的。


Bredon的书《Sheaf Theory》(第二版 1997)中给出了这些定义。Xdisplaystyle XX的一组闭子集Φdisplaystyle Phi Phi 是一个支撑族,如果它是下闭的并且它的有限并也是闭的。它的扩张Φdisplaystyle Phi Phi 的并。一个仿紧化(paracompactifying)的支撑族对于任何Y∈Φdisplaystyle Yin Phi Yin Phi ,在子空间拓扑意义下是一个仿紧空间,并且存在一些Z∈Pidisplaystyle Zin PiZin Pi是一个邻域。如果Xdisplaystyle XX是一个局部紧空间英语locally compact space,并且是豪斯多夫空间,所有的紧子集组成的族满足上的条件,那么就是仿紧化的。






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