邻域

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在平面上集合V是点p的邻域,如果围绕p小圆盘包含在V中。




矩形不是它的任何一角的邻域。


在集合论中,邻域指以点 a 为中心的任何开区间,记作:U(a)。


在拓扑学和相关的数学领域中,邻域是拓扑空间中的基本概念。直觉上说,一个点的邻域是包含这个点的集合,並且該性質是外延的:你可以稍微“抖动”一下这个点而不离开这个集合。


这个概念密切关联于开集和内部的概念。




目录





  • 1 定义


  • 2 鄰域的度量空间定義

    • 2.1 一致邻域


    • 2.2 非一致邻域的例子


    • 2.3 去心邻域



  • 3 基于邻域的拓扑


  • 4 引用


  • 5 参见




定义


在集合论中,有以下几种邻域:



δdisplaystyle delta delta 邻域U(a,δ)=(a−δ,a+δ)=x−adisplaystyle U(a,delta )=(a-delta ,a+delta )=left<delta rightdisplaystyle U(a,delta )=(a-delta ,a+delta )=left<delta right


去心邻域U0(a,δ)=<δdisplaystyle U_0(a,delta )=leftx-adisplaystyle U_0(a,delta )=leftx-a


左邻域(a−δ,a)displaystyle (a-delta ,a)displaystyle (a-delta ,a)


右邻域(a,a+δ)displaystyle (a,a+delta )displaystyle (a,a+delta )

在拓扑学中,拓扑空间X,A,B⊆X,称B是A的邻域,当且仅当以下条件之一成立:


  • 存在开集C,使得A⊆C⊆B。

  • A⊆Bo。(Bo是B的内部)

开邻域,闭邻域

若B是开集,则B称为A的开邻域;若B是闭集,则B称为A的闭邻域

邻域系统

设x∈X,则x所有邻域的集合U(x),称为x(或x)的邻域系统

注意:某些作者要求邻域是开集,所以在阅读文献时注意约定是很重要的。


如果SX的子集,S邻域是集合V,它包含了包含S的开集U。可得出集合VS的邻域,当且仅当它是在S中的所有点的邻域。



鄰域的度量空间定義




平面上的集合SS的一致邻域V


在度量空间M = (X,d)中,集合V是点p邻域,如果存在以p为中心和半径为r的开球,


Br(p)=B(p;r)=x∈X∣d(x,p)<rdisplaystyle B_r(p)=B(p;r)=xin Xmid d(x,p)<rB_r(p)=B(p;r)=xin Xmid d(x,p)<r

它被包含在V中。



一致邻域


V叫做集合S一致邻域(uniform neighborhood),如果存在正数r使得对于S的所有元素p


Br(p)=x∈X∣d(x,p)<rdisplaystyle B_r(p)=xin Xmid d(x,p)<rB_r(p)=xin Xmid d(x,p)<r

被包含在V中。


对于r>0集合Sr-邻域Srdisplaystyle S_rS_rX中与S的距离小于r的所有点的集合(或等价的说Srdisplaystyle S_rS_r是以S中一个点为中心半径为r的所有开球的并集)。


可直接得出r-邻域是一致邻域,并且一个集合是一致邻域当且仅当它包含对某个r值的r-邻域。


參見一致空間。



非一致邻域的例子


给定实数集合R带有平常的欧几里得度量和如下定义的子集V



V:=⋃n∈NB(n;1n)displaystyle V:=bigcup _nin mathbb N Bleft(n,;,frac 1nright)V:=bigcup _nin mathbb NBleft(n,;,frac 1nright)

V是自然数集合N的邻域,但它不是这个集合的均勻邻域,因為r=1ndisplaystyle r=frac 1nr=frac 1n並不是一個固定值。



去心邻域


pdisplaystyle pp去心邻域(deleted neighbourhood, punctured neighbourhood)是点 pdisplaystyle pp 的邻域中减去 pdisplaystyle pdisplaystyle p 后得到的差集。例如,区间 (−1,1)=y:−1<y<1displaystyle (-1,1)=y:-1<y<1displaystyle (-1,1)=y:-1<y<1p=0displaystyle p=0displaystyle p=0 在实数轴上的邻域,因此集合 (−1,0)∪(0,1)=(−1,1)∖0displaystyle (-1,0)cup (0,1)=(-1,1)setminus 0displaystyle (-1,0)cup (0,1)=(-1,1)setminus 0p=0displaystyle p=0displaystyle p=0 的一个去心邻域。需注意的是,给定点的去心邻域实际上不是该点的邻域。在讨论函数极限时,会用到去心邻域的概念。



基于邻域的拓扑


上述定义適用於开集的概念早已定义的情況。有另一种方式来定义拓扑,也就是先定义邻域系统,再定义开集:若集中每个点皆有一個邻域被包含於集中,則為開集。


X上的邻域系统是滤子N(x)(在集合X上)到每个X中的x的指派,使得


  1. x是每个N(x)中的U的元素,

  2. 每个N(x)中的U包含某个N(x)中的V使得对于每个V中的y有着UN(y)中。

可以证明这两个定义是兼容的,就是说从使用开集定义的邻域系统获得的拓扑就是最初的拓扑,反之从邻域系统出发亦然。



引用



  • Kelley, John L. General topology. New York: Springer-Verlag. 1975. ISBN 0387901256. 

  • Bredon, Glen E. Topology and geometry. New York: Springer-Verlag. 1993. ISBN 0387979263. 

  • Kaplansky, Irving. Set Theory and Metric Spaces. American Mathematical Society. 2001. ISBN 0821826948. 


参见


  • 局部基

  • 第一可数空间

  • 管状邻域

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