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C2空间是可分空间.设X有一可数拓扑基{Bn},在每个Bn(除非它是空集)中取一点xn,则集合{xn}是X的可数稠密子集.反过来可分空间不一定是C2空间(习题18给出一个可分C1空间,但它不是C2空间).
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命题2.7 可分度量空间是C2空间.
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证明 设(X,d)是可分度量空间.A是它的一个可数稠密子集.记n为自然数},则是一个可数开集族.下面验证是(X,d)的拓扑基,为此只须说明任一开集和∀x∈U,存在a∈A和自然数n,使得x∈B(a,1/n)⊂U.取ε>0,使得B(x,ε)⊂U.取n>2/ε,a∈A,使得d(x,a)<1/n,则x∈B(a,1/n).若y∈B(a,1/n),则d(a,y)<1/n.由三角不等式知d(x,y)<2/n<ε,从而y∈B(x,ε).于是B(a,1/n)⊂B(x,ε)⊂U(见图2-2). ▎
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图2-2
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欧氏空间En是可分的(A={(x1,x2,…,xn)|∀i,xi为有理数}是En的可数稠密子集),因此满足C2公理.
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例 Hilbert空间Eω是一个度量空间.在所有平方收敛的实数序列构成的线性空间中,规定内积
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它决定度量ρ:
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得到的度量空间就是Eω.
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记A={{xn}∈Eω|xn为有理数,且只有有限个不是0},则A是Eω的可数稠密集,因此Eω可分,是C2空间.
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下面的定理体现了C2公理的威力.
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定理2.1(Lindelöf定理) 若拓扑空间X满足C2,T3公理,则它也满足T4公理.
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证明 取定X的一个可数拓扑基.设f和f′是不相交的闭集,构造它们的不相交邻域如下:
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∀x∈F,则F′由T3公理,有x和F′的不相交邻域W和W′,于是取B∈,使得x∈B⊂W,则记{B1,B2,…}是中所有闭包与F′不相交的成员,上面已证明记{B′1,B′2,…}是中所有闭包与F不相交的成员,则
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