手筋: 減少閉集合列の非空交叉(FIP/Cantor 条件)で存在を捕まえる (Ex IX.5.10 / IX.5.11 / X.10.1 / X.10.8 / X.10.9)
- 手筋: 減少閉集合列の非空交叉(FIP/Cantor 条件)で存在を捕まえる (Ex IX.5.10 / IX.5.11 / X.10.1 / X.10.8 / X.10.9) #Card
- コンパクト性・可算コンパクト性を「開被覆」でなく閉集合の交叉として使い、「下限を達成する点」「一様収束の閾値」「例外集合が空」といった存在を一撃で出す共通骨格は?
核: コンパクト性は開被覆の双対で「閉集合の交叉が空でない」。証明したい存在を「ある減少閉列 $\bigcap_n C_n\neq\emptyset$ の一点」として設計する。
3つの顔(すべて補集合+ド・モルガン+対偶で同値):
- FIP 版(Ex IX.5.10): $\tau$ コンパクト $\iff$ 有限交叉性を持つ閉集合族は $\bigcap\neq\emptyset$。開被覆 $\mathcal{P}\leftrightarrow$ 閉族 $\mathcal{D}=\mathcal{P}^c$、$\bigcup=X\leftrightarrow\bigcap=\emptyset$。
- Cantor 条件(Ex IX.5.11): $\tau$ 可算コンパクト $\iff$ 空でない減少閉列 ${C_n}$ は $\bigcap_n C_n\neq\emptyset$。可算開被覆 → 増加開列 $Q_n:=\bigcup_{k\le n}O_k$ → 減少閉列 $C_n:=X\setminus Q_n$。
- 対偶(消滅版): $\bigcap_n C_n=\emptyset$(減少閉列)$\Rightarrow$ ある $n_0$ で $C_{n_0}=\emptyset$。
設計テンプレート(証人となる減少閉列を作る):
- 下限の達成(Ex X.10.1): 閾値 $r_n\downarrow\inf f$、レベル集合 $C_n:={f\le r_n}$(下半連続で閉・減少)→ $\bigcap\neq\emptyset$ が最小点。
- Dini の一様収束(Ex X.10.9): 誤差 $F_n:={f-f_n\ge\varepsilon}$(連続で閉・単調で減少)、各点収束で $\bigcap=\emptyset$ → 対偶で有限段消滅=一様収束。
- ベール双対(Ex X.10.8): $X=\bigcup_n F_n$(閉の可算合併)に完備距離化可能性でベール(Cor X.4.16)→ ある $F_n$ が内点を持つ。「例外集合 $L$ が完全集合+ベール ⟹ $L=\emptyset$」の追い込みも同系譜。
射程: 古典的 Cantor の共通部分定理($\mathbb{R}$ の縮小閉区間)の抽象形。cards/topology/finite-intersection-property-compactness・cards/topology/cantor-condition-countably-compact・cards/topology/lsc-attains-infimum-countably-compact・cards/topology/dini-theorem・cards/topology/baire-category-theorem を貫く。「証明したい存在を減少閉列の交叉として実装する」のが共通の発想。ワイエルシュトラス最大値定理・単調収束定理(測度論)の位相的骨格。
Mathlib: IsCompact.nonempty_iInter_of_directed(有向な閉集合族の非空交叉)、IsCompact.elim_finite_subcover、IsCompact.exists_isMinOn(下半連続の最小達成 LowerSemicontinuous)、Dini は tendstoUniformly 系、Baire は dense_iInter_of_isOpen。