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Royal Road to Topology Chapter IV

「連続 = 収束を保つ」の一行から、始収束・終収束・積・商・埋め込みまでを随伴公式 (IV.3.5) 一本で組み立てる章。必須ロードマップ(II–IV)の最終章。











[!IMPORTANT] 随伴公式 (IV.3.5) がこの章のすべて $$f\xi \geq \tau \iff f \in C(\xi, \tau) \iff \xi \geq f^-\tau$$ 連続性の議論を不等式の計算に変える。ここから:

構成定義普遍性
始収束(族)$\bigvee_j f_j^-\tau_j$$h \in C(\theta,\xi) \iff f_j \circ h \in C(\theta,\tau_j)$
積収束$\bigvee_\tau p_\tau^-\tau$(射影の始収束)$f \in C(\xi,\prod T) \iff p_\tau \circ f \in C(\xi,\tau)$
部分収束$j_V^-\xi \approx \xi\vert_V$
終収束(族)$\bigwedge_j f_j\xi_j$$h \in C(\tau,\upsilon) \iff h \circ f_j \in C(\xi_j,\upsilon)$
余積$\bigoplus_j \tau_j = \bigwedge_j i_j\tau_j$
$f\xi$($f$ 全射)

[!NOTE] 本書 ↔ Mathlib 規約ブリッジ(連続性編)

本書Mathlib(位相の場合)
$f \in C(\xi, \tau)$Continuous f
$f[\mathcal{F}]$ / $f^-[\mathcal{G}]$Filter.map f F / Filter.comap f G
$f^-\tau$(始収束)TopologicalSpace.induced f τ
$f\xi$(終収束)TopologicalSpace.coinduced f ξ
(IV.3.5)gc_coinduced_induced(Galois 接続)
(IV.1.4) $f^-[\mathcal{H}] \leq \mathcal{G} \iff \mathcal{H} \leq f[\mathcal{G}]$Filter.map_le_iff_le_comapmap ⊣ comap
積収束 / 各点収束Pi.topologicalSpace / tendsto_pi_nhds
  • 反例の要点: 連続性は一般に列では判定できない($\nu_\mathbb{R}$ と $\sigma_\mathbb{R}$ は列上一致するのに $i_\mathbb{R} \notin C(\nu_\mathbb{R}, \sigma_\mathbb{R})$、Example IV.2.7)。距離化可能なら列で十分(Prop IV.2.6)。
  • 商・終収束は前位相性を保たない(区間の端点貼り合わせ Example IV.3.10、fan Example IV.3.13、Example IV.10.15)→ 第VI章 pretopologies での修正子の伏線。
  • 測度論への視線: polyhedral filter(筒集合)→ 積測度・Kolmogorov 拡張の舞台;各点収束 $\sigma^J$ → 分布収束・特性関数;選択原理(IV.9.4)→ 可測選択定理の位相版原型。
  • 演習: IV.10.4(解答付き)、IV.10.8(解答付き:$f(\bigwedge \xi) = \bigwedge f\xi$ 等の 4 公式)、IV.10.9($\rho \not\approx \mu$ を示す)は書籍未解答だが自力証明済み ✅(exercises/chapter4.md 参照)、IV.10.13(解答付き:$(\prod \xi_j)|_{\triangle(X)} = \bigvee \xi_j$)。