邻域是集合上的一种基础的拓扑结构。有邻域公理(邻域公理是现代数学拓扑结构的基础概念)、开邻域和闭邻域、去心邻域等的研究著作。
初等定义
邻域是一个特殊的区间,以点a为中心点任何开区间称为点a的邻域,记作U(a)。
,点a称为这个邻域的中心,δ称为这个邻域的半径。
表示与点a的距离小于δ的一切点x的全体。
邻域公理
内容
给定集合X,映射U:X→P(P(X))(其中P(P(X))是X的幂集的幂集),U将X中的点x映射到X的子集族U(x)),称U(x)是X的邻域系以及U(x)中的元素(即X的子集)为点x的邻域,当且仅当U满足以下的邻域公理:
U1:若集合A∈U(x),则x∈A。
U2:若集合A,B∈U(x),则A∩B∈U(x)。
U3:若集合A∈U(x),且A ⊆ B ⊆ X,则B∈U(x)。
U4:若集合A∈U(x),则存在集合B∈U(x),使B ⊆ A,且∀y∈B,B∈U(y)。
含义
邻域公理是现代数学拓扑结构的基础概念,是定义拓扑的五套等价公理之一。这套公理直接定义了空间上的整套领域系,而非简单定义某个点的邻域。映射U即是将x映射至x邻域组成的集合。
U1:若A是x的邻域,则x属于A。这是显然的。
U2:若A和B都是x的邻域,则A和B的交集也是x的邻域。即邻域对于有限交运算封闭。
U3:若A是x的邻域,则所有包含A的集合都是x的邻域。
U4:若A是x的邻域,则存在一个被A包含的集合B(可以相等),使得B是其中所有点的邻域。换言之,若x有一个邻域,那么一定可以将其缩小,缩小到它是其中所有点的邻域。更关键的,这样的邻域当且仅当它是X中的开集,这也是邻域公理为何等价于开集公理,从而可以通过它定义X上拓扑的原因。
开邻域和闭邻域
若x的邻域同时是X中的开集,称其为x的开邻域;若它同时是X中的闭集则称其为x的闭邻域。
结论
拓扑空间X,X的子集A是开集,当且仅当A是其中所有点的邻域。(显然由此可知,从邻域公理出发可以等价地定义拓扑空间)。
拓扑空间X,X的子集A和A°,A°是A的开核,当且仅当A° = {x | ∃U∈U(x),U⊆A}。
拓扑空间X,X的子集A和A’,A’是A的闭包,当且仅当A’ = {x | ∀U∈U(x),U∩A ≠ ∅}