Topologie - Cheatsheet
Definition und Eigenschaften von offenen und abgeschlossenen Mengen
Definition:
In einer Topologie sind offene und abgeschlossene Mengen zentrale Begriffe.
Details:
- Eine Menge ist offen, wenn für jedes ihrer Elemente eine Umgebung existiert, die vollständig in der Menge enthalten ist.
- Eine Menge ist abgeschlossen, wenn ihr Komplement offen ist.
- In einer topologischen Raum gelten die leere Menge und der gesamte Raum als sowohl offen als auch abgeschlossen.
- Schnitt endlich vieler offener Mengen ist offen, und Vereinigung beliebig vieler offener Mengen ist offen.
- Schnitt beliebig vieler abgeschlossener Mengen ist abgeschlossen, und Vereinigung endlich vieler abgeschlossener Mengen ist abgeschlossen.
Basis und Subbasis einer Topologie
Definition:
Basis ist eine Menge offener Mengen, deren Vereinigungen die Topologie erzeugen. Subbasis ist eine Menge offener Mengen, deren endliche Durchschnitte eine Basis erzeugen.
Details:
- Eine Menge ist eine Basis der Topologie , wenn für jedes und jedes ein Basis-Element existiert, sodass .
- Die Topologie kann durch die Vereinigungen von Basiselementen dargestellt werden:
- Eine Subbasis ist eine Menge offener Mengen, deren endliche Durchschnitte eine Basis bilden:
Trennungsaxiome (T0, T1, T2, usw.)
Definition:
Axiome, die die Trennbarkeit von Punkten und Mengen in topologischen Räumen beschreiben.
Details:
- \textbf{T0 (Kolmogorov)}: Für je zwei verschiedene Punkte existiert eine offene Menge, die genau einen dieser Punkte enthält.
- \textbf{T1 (Frechet)}: Für je zwei verschiedene Punkte existieren offene Mengen, die jeweils nur einen der Punkte enthalten.
- \textbf{T2 (Hausdorff)}: Für je zwei verschiedene Punkte existieren disjunkte offene Mengen, die jeweils einen der Punkte enthalten.
- \textbf{T3 (regulär)}: Für eine abgeschlossene Menge und einen Punkt außerhalb dieser Menge existieren disjunkte offene Mengen, die den Punkt und die abgeschlossene Menge enthalten.
- \textbf{T4 (normal)}: Für zwei disjunkte abgeschlossene Mengen existieren disjunkte offene Mengen, die jeweils eine der abgeschlossenen Mengen enthalten.
- \textbf{T5 (vollständig normal)}: Für zwei disjunkte Mengen existieren disjunkte Umgebungen.
- \textbf{Hauptgebrauch}: Bestimmen der Trennbarkeitseigenschaften eines topologischen Raums. Höhere Trennungsaxiome implizieren die niedrigeren, aber nicht umgekehrt.
Vollständigkeit und Banachräume
Definition:
Ein Banachraum ist ein vollständiger normierter Raum.
Details:
- Normierter Raum: Ein Raum, in dem eine Norm definiert ist.
- Vollständig: Jede Cauchy-Folge in diesem Raum konvergiert in diesem Raum.
- Beispiele: mit der euklidischen Norm, -Räume, -Räume.
- Wichtig für Analysis und Funktionalanalysis.
Filter und Netze als Verallgemeinerung der Folgen
Definition:
Filter und Netze verallgemeinern Folgen, um Konvergenz in topologischen Räumen besser zu analysieren.
Details:
- Filter:
- System von Mengen, das Filterbedingungen erfüllt.
- Nutzen: Verallgemeinerte Definition der Konvergenz.
- Netze:
- Funktion von einer gerichteten Menge in einen topologischen Raum.
- Erweiterung der Folgenkonvergenz für komplexere Strukturen.
- Eigenschaften und Anwendung:
- Filterbasis: Startpunkt zur Definition eines Filters.
- Filtrierte Räume: Räume mit zugeordneten Filtern.
- Zerlegungseigenschaften und Clusterpunkte.
- Konvergenz:
- Filter und Netze bieten präzisere Werkzeuge zur Analyse der Konvergenz.
Sätze von Tychonoff und Heine-Borel
Definition:
Sätze von Tychonoff und Heine-Borel in der Topologie behandeln Eigenschaften kompakter Räume.
Details:
- Satz von Tychonoff: Das Kartesische Produkt beliebig vieler kompakter Räume ist kompakt.
- Formel: ist kompakt, wenn kompakt für alle in .
- Satz von Heine-Borel: Ein Teilraum des ist genau dann kompakt, wenn er abgeschlossen und beschränkt ist.
Zusammenhängende und wegzusammenhängende Räume
Definition:
Zusammenhängender Raum: Raum, der nicht in disjunkte, offene Teilmengen zerlegt werden kann. Wegzusammenhängender Raum: Raum, bei dem es zwischen je zwei Punkten einen stetigen Pfad gibt.
Details:
- Ein topologischer Raum ist zusammenhängend, wenn er nicht als Vereinigung zweier nicht-leerer, disjunkter, offener Mengen geschrieben werden kann.
- Jeder wegzusammenhängende Raum ist zusammenhängend, aber nicht umgekehrt.
- Ein Raum ist wegzusammenhängend, wenn für alle ein stetiger Pfad existiert mit und .