מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קומפקטיפיקציה חד נקודתית היא דרך לבנות מרחב טופולוגי קומפקטי ממרחב טופולוגי כלשהו על ידי הוספת נקודה בודדת למרחב.
יהא
(
X
,
τ
X
)
{\displaystyle (X,\tau _{X})}
מרחב טופולוגי. ניקח איזושהי נקודה שרירותית
∞
∉
X
{\displaystyle \infty \notin X}
ונגדיר
Y
=
X
∪
{
∞
}
{\displaystyle Y=X\cup \left\{\infty \right\}}
. נגדיר טופולוגיה
τ
Y
{\displaystyle \tau _{Y}}
על
Y
{\displaystyle Y}
- קבוצה
U
⊆
Y
{\displaystyle U\subseteq Y}
תחשב פתוחה אם ורק אם מתקיים אחד מהתנאים הבאים:
U
{\displaystyle U}
הייתה במקור קבוצה פתוחה ב-
X
{\displaystyle X}
, כלומר
U
∈
τ
X
{\displaystyle U\in \tau _{X}}
.
∞
∈
U
{\displaystyle \infty \in U}
וגם
Y
∖
U
{\displaystyle Y\setminus U}
היא קבוצה קומפקטית.
נראה ש-
Y
{\displaystyle Y}
הוא מרחב קומפקטי. יהא
U
{\displaystyle {\mathcal {U}}}
כיסוי פתוח של
Y
{\displaystyle Y}
. קיימת
V
0
∈
U
{\displaystyle V_{0}\in {\mathcal {U}}}
כך ש-
∞
∈
V
0
{\displaystyle \infty \in V_{0}}
, ומשום ש-
V
0
∈
τ
Y
{\displaystyle V_{0}\in \tau _{Y}}
אזי
Y
∖
V
0
{\displaystyle Y\setminus V_{0}}
היא קבוצה קומפקטית. אבל אז ל-
Y
∖
V
0
{\displaystyle Y\setminus V_{0}}
יש תת-כיסוי סופי
{
V
1
,
.
.
.
,
V
n
}
{\displaystyle \left\{V_{1},...,V_{n}\right\}}
, לכן
{
V
0
,
V
1
,
.
.
.
,
V
n
}
{\displaystyle \left\{V_{0},V_{1},...,V_{n}\right\}}
הוא כיסוי סופי של
Y
{\displaystyle Y}
ונקבל ש-
Y
{\displaystyle Y}
קומפקטית כנדרש.
ערכים מורחבים – מרחב קומפקטי מקומית , מרחב האוסדורף
אם נניח ש-
X
{\displaystyle X}
הוא מרחב קומפקטי מקומית האוסדורף , אזי גם
Y
{\displaystyle Y}
הוא מרחב האוסדורף. ואכן, ניקח שתי נקודות שונות
x
,
y
∈
Y
{\displaystyle x,y\in Y}
. אם
x
,
y
∈
X
{\displaystyle x,y\in X}
אזי משום ש-
X
{\displaystyle X}
הוא מרחב האוסדורף, קיימות שתי קבוצות פתוחות ב-
X
{\displaystyle X}
וזרות
U
{\displaystyle U}
ו-
V
{\displaystyle V}
כך ש-
x
∈
U
{\displaystyle x\in U}
ו-
y
∈
V
{\displaystyle y\in V}
ונסיים כי כל קבוצה פתוחה ב-
X
{\displaystyle X}
היא קבוצה פתוחה ב-
Y
{\displaystyle Y}
. אחרת,
x
=
∞
{\displaystyle x=\infty }
או
y
=
∞
{\displaystyle y=\infty }
ונניח בלי הגבלת הכלליות כי
x
=
∞
{\displaystyle x=\infty }
. משום ש-
X
{\displaystyle X}
הוא מרחב קומפקטי מקומית, אזי קיימת
V
∈
τ
X
{\displaystyle V\in \tau _{X}}
(ובפרט,
V
∈
τ
Y
{\displaystyle V\in \tau _{Y}}
) כך ש-
y
∈
V
{\displaystyle y\in V}
וש-
V
¯
{\displaystyle {\overline {V}}}
היא קבוצה קומפקטית. אבל אז הקבוצה
U
:=
Y
∖
{
V
¯
}
{\displaystyle U:=Y\setminus \left\{{\overline {V}}\right\}}
היא קבוצה פתוחה ב-
Y
{\displaystyle Y}
. בנוסף, נשים לב כי
x
=
∞
∈
U
{\displaystyle x=\infty \in U}
ובכך מצאנו זוג קבוצות פתוחות ב-
Y
{\displaystyle Y}
וזרות כך ש-
x
∈
U
{\displaystyle x\in U}
ו-
y
∈
V
{\displaystyle y\in V}
ולכן נקבל ש-
Y
{\displaystyle Y}
הוא מרחב האוסדורף כנדרש.