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Theorem X.8.5(*):各連続関数が定数になる非自明な Hausdorff 正則位相

主張: 無限集合上に Hausdorff・正則な位相で、あらゆる連続実数値関数が定数になるものが存在する($C(\xi,\nu)={\text{定数}}$)。

構成の骨子(Lemma X.8.1 → Prop X.8.3 → Lemma X.8.4 の三段構え):

  1. $A$(非可算)× $B$(可算)を組んだ空間 $H$ で、連続関数は $A$ の余可算部分で定数(cards/topology/functionally-closed-countable-intersection と同じ余可算論法)。
  2. 任意の Hausdorff 正則空間 $Z$ に対し、$Z$ を閉部分空間として含み「$Z$ 上の連続関数が必ず定数になる」空間 $Q(Z)$ を商構成で作る(Prop X.8.3)。
  3. $X_0:=$ 1点、$X_{n+1}:=Q(X_n)$ と繰り返し、$X_\infty:=\bigcup X_n$(終収束の合併、Lemma X.8.4)を取ると、各 $f\in C(X_\infty,\nu)$ は全ての $X_n$ 上で定数 → 全体で定数。

教訓: 位相的分離(Hausdorff・正則)と関数的分離は根本的に独立しうる — cards/topology/functionally-regular-topology という追加の公理が本質的に必要である理由の最も極端な実例。