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📐 Theorem VIII.3.4(Tikhonov:積のコンパクト性)

  • 📐 Theorem VIII.3.4(Tikhonov:積のコンパクト性) #Card
    • 収束の積 $\prod \Xi$ がコンパクトであることの必要十分条件と、証明のフィルター論的核は。

$$\prod_{i\in I} \xi_i \text{ がコンパクト} \iff \xi_i \text{ が各 } i \text{ でコンパクト}.$$

$(\Rightarrow)$: 射影 $p_i \in C(\xi,\xi_i)$ に cards/topology/continuous-image-compact を適用(全射像の一種)。

$(\Leftarrow)$: $\mathcal{U}$ を積の超フィルターとすると各 $p_i[\mathcal{U}]$ は $X_i$ 上の超フィルター(超フィルターの押し出しは超フィルター)。各 $\xi_i$ のコンパクト性から $x_i\in\lim_{\xi_i}p_i[\mathcal{U}]$ を選び $\gamma(i):=x_i$ とすると $\gamma\in\lim_\xi\mathcal{U}$ — 各成分の極限点を選ぶだけで積の収束点が構成できる(選択公理は超フィルターの存在に既に埋め込まれている)。

古典的 Tychonoff の定理そのもの。フィルター・超フィルターの言語だと証明が数行に潰れる好例。

isCompact_pi_infinite / CompactSpace.prod / Pi.compactSpace。証明は Mathlib でも超フィルター(Ultrafilter)経由。

本ノート RoyalRoad.ChapterVIII.thm_VIII_3_4CompactSpace (∀ i, Z i) ↔ ∀ i, CompactSpace (Z i)、各成分非空前提の iff 版、Notes/ChapterVIII.leanlake build 済み)