現在2022年1月11日15時10分である。(この投稿は、ほぼ4170文字)
麻友「『力学の基礎』は、どれくらい進んだら、面白くなるの?」
私「今、第1章の1ページ進んだところなんだけど、第2章の60ページまで進まないと、面白くならない。第1章と、第2章は、Preliminaries (予備知識)で、本当の解析力学が、始まるのは、第3章の159ページから」
麻友「あっ、騙されてた。いつまで経っても、面白くならないんじゃない」
若菜「お父さんは、どういう積もりで、この本始めたんですか?」
私「この本の予備知識には、高度な数学をやる上で必要な、色々な定理が、纏めてあるんだ。だから、予備知識読むだけでも、意味がある。それに、ここはここで、面白い話も、紛れているんだ」
結弦「具体例を出しながら、分かるようにやってくれるんなら、いいけど」
私「早速、始めよう」
私の訳
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もし、 が位相空間 の部分集合であるとき、 の相対位相というものが、
で定義される(これは の位相になる(訳注:すなわち は、位相空間の開集合の条件を満たす。))。
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グーグル翻訳
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(Aのトポロジー)によって定義されます。
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原文をスキャンし、 で、補ったもの
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If is a subset of a topological space , the relative topology on is defined by
(which is a topology on ).
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結弦「位相空間の開集合の条件って、何だっけ?」
私「そうだよ、いつ聞いても良い」
麻友「こうだったわね」
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1.1.1 定義
位相空間とは、集合 で、 の部分集合の集まりで、次の条件を満たす というものを併せ持っているものである。 の元を、開集合という。
(T1) かつ ;
(T2)もし、 ならば、;
(T3)開集合の任意個の和集合は、開集合である。
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若菜「そうすると、この条件を、1つずつチェックするわけですか?」
麻友「ところで、開集合の2個の共通部分が、開集合なら、開集合の任意個の共通部分も、開集合にならないの?」
私「そこは、みんな躓くところなんだ。『力学の基礎(その5)』で、
などを、やったけど、
は、開集合、
は、閉集合。
などという話を、ちょっとしたね」
結弦「そうだった。任意個ということは、無限個ということを、想定しているんだろうなあ。だとすると、 が、自然数を、取ることにして、開集合の、無限個の和集合、
は、・・・」
若菜「 は、いくらでも小さくなるのだから、 みたいになって、 と、元に戻るわね。つまり、今回に関して、開集合の無限個の和集合は、和集合になった」
私「それは、今回の場合、条件(T3)が、確認されたことになる」
結弦「なるほど」
麻友「じゃ、今度は、共通集合よ。
とした場合、・・・」
結弦「良く、そうすぐ思い付くなあ。でも、この場合、 みたいになって、全部の共通部分は、 となりそう」
若菜「あれっ、これ、閉集合に、なってません?」
麻友「計算は、間違えてないわよね」
私「そうなんだ。開集合の無限個の共通部分が、開集合にならない場合が、あるんだ。そこが、位相空間で、開集合を指定するやり方のポイントなんだ」
結弦「とすると、3個の共通部分なら、例えば、開集合 として、2個の共通部分、 は、開集合で、 も、開集合だから、 から、3つの共通集合、 は、開集合となる。つまり、有限個の開集合の共通集合は、開集合だ。ということだけ、言えるんだ」
私「じゃあ、もうちょっと、演習を、してみよう。今度は、閉集合の無限個の和集合で、開集合になるものを、作ってみないか?」
若菜「あっ、できる!
とすれば、 となって、開集合になる」
麻友「若菜が、電光石火。私の娘だわ」
私「今日は、色々分かって、面白かっただろう。位相空間論というのは、その先の、位相幾何学(トポロジー)に、地続きに繋がっていて、どんどん楽しくなる。本文の相対位相の話は、今日はできなかったが、次回以降に補足する。今日は、ここまで」
若菜・結弦「バイバーイ」
麻友「バイバイ」
私「バイバイ」
現在2022年1月11日19時34分である。おしまい。