在
拓扑学及相关的
数学领域里,通常对于所讨论的
拓扑空间加有各种各样的限制条件,分离公理即是指之中的某些限制条件。这些分离公理有时候被叫做吉洪诺夫分离公理,得名于安德烈·尼古拉耶维奇·吉洪诺夫。部分分离公理以字母T开头,是由德文单词“Trennung”而来,意义是分离。
初步定义
在定义分离公理之前,让我们先了解在
拓扑空间中,可分离的集合(和点)的具体含意。(须注意的是,可分离的集合不一定等同于下一节所定义的“分离空间”。)
分离公理是利用拓扑的方法来分办不相交的集合及相区别的点。不只要拓扑空间内的元素是相区别的,更要这些元素是“拓扑可区别的”;不只要拓扑空间内的
子集是不相交的,更要这些子集是(以某种方式)“可分离的”。分离公理声称,无论如何,若点或集合在某些较弱意思下是可区别的或可分离的,也必须在某些较强的意思下是可区别或可分离的。
设X为一拓扑空间,A,B ⊆ X,R是实数集,定义:
对于X中的点x,y(或点x和子集A),称它们为拓扑可分,可分离,邻域可分离等等,当且仅当
单元素集合{x}和{y}(或{x}和子集A)是拓扑可分,可分离,邻域可分离等等。
以上这些条件是按强度依序给出的:任何两个拓扑可区分的点也必然是相区分的,任何两个分离的点也必然是拓扑可区分的。更进一步地说,任何两个可分离的集合也必然是不相交的,任何两个领域上可分离的集合也必然是可分离的,以此类推。
主要定义
下面的定义都会直接使用到上面的初步定义。
大部分的分离公理都会另一个等价的定义;下面所给出的定义会维持一致的模式,以和上一节所定义的许多分离的概念相连结。其他等价的定义则分别写在个别的条目之中。
在下面所有的定义之中,X也还是个
拓扑空间,而所有的函数也都被假设为连续的。
各空间的关系
T0空间很特别,因为它不只可以当做一个性质加在其他空间上(如完全正则空间加上T0即为
吉洪诺夫空间),也可以由某个空间中删去此一性质(如豪斯多夫空间删去T0即为R1空间);更多资讯请见柯尔莫果洛夫商空间。当其应用在分离公理时,便会导致如下表所列的关系:
在表中,利用柯尔莫果洛夫商空间运算,右边的空间加上T0即为左边的空间,左边的空间删去T0即为右边的空间。
除了T0的加上及删去之外,各空间之间的关系则可由概述图指明出来:
在概述图中,无T0版本的空间在斜线的左边,T0版本的空间则在斜线的右边。之中的字母代表的意思: P为完美(perfectly)、C为完全(completely)、N为正规(normal)、R为正则(regular)。 黑点代表该空间没有给定名称。
结合两个空间的性质最后会产生的空间可由概述图得知,只要看两点向上的分支会交会在哪一点即可。例如,若有一个空间同时为完全正规(CN)及完全豪斯多夫(CT2)空间,则查看两点向上的分支,会发觉为“·/T5”。因为完全
豪斯多夫空间为斜边的T0端(即使完全正规空间不是),最后得到的空间便会在斜边的T0端。亦即,完全正规完全豪斯多夫空间即为T5空间。
再看一次概述图,正规空间及R0空间结合在一起,由于会经过许多右侧的分支,也意指会产生许多两个空间所没有的其他性质。因为正则性是之中最为人知的性质,结合正规空间及R0空间而成的空间一般称为“正规正则空间”。基于类似的想法,正规T1空间通常称为“正规豪斯多夫空间”。上述的惯用名称可以延伸至其他正则空间与豪斯多夫空间之上。