空間の相関図

代数構造,位相構造,順序構造 とか。

自然数

特徴づけ
ペアノの公理とか?
他との関係
加法に関して群にする → 整数

整数

特徴づけ
有理整数環
一意分解整域(UFD)
単項イデアル整域(PID)
他との関係
乗法に関して群にする → 有理数

有理数

特徴づけ
有理数体
他との関係
完備化 → 実数 (実は公理)
代数的閉包 → 複素数

実数体

特徴づけ
完備性
Rnの系列の中で見れば,唯一 n=1 の場合だけが順序体

複素数体

特徴づけ
代数的閉体
複素関数では,正則関数と解析関数が一致する。

組み合わせ

有限次元ユークリッド空間

特徴づけ
ユークリッド距離による位相を入れる。
ノルム空間
 有限次元空間の任意の2つのノルムは互いに同値 ←つまり,ノルムは本質的に1つしか入らない!
代数的基底を持つ
線形写像について,有界性 ⇔ 連続性,全射 ⇔ 単射
収束について,弱収束=成分毎の収束=強収束
有界閉集合 ⇔ コンパクト( ⇔ 点列コンパクト)
 有界閉⇔コンパクト:Heine-Borel ←∞次元では成り立たない。
 コンパクト⇔点列コンパクト:距離空間で成り立つ。
有界点列は収束部分列を持つ:Bolzano-Weierstrassの拡張

アフィン空間

特徴づけ
ザリスキ位相

一般線形群

特徴づけ
Lie群(群構造をもつ位相空間)
他との関係
部分群 → 直交群

関数

多項式環

有理関数体


構造

線形空間

特徴づけ
有限次元空間の代数構造は次元のみで決まる。
他との関係
ノルムを入れる → ノルム空間
内積を入れる → 内積空間
半正定二次形式を入れる → 距離空間
双線形形式を入れる → 同伴二次形式を誘導
直積をとる → 直積空間
双対をとる → 双対空間
係数が環 → R-加群

内積空間

計量ベクトル空間,プレヒルベルト空間ともいう。
特徴づけ
直交を考えることができる。
正規直交を保つ変換として,ユニタリ変換を考えることができる。
(射影は T2=T なる有界線形作用素として抽象化されるので,バナッハ空間で考えることができる)
他との関係
ノルムを誘導 → ノルム空間 → (さらに完備化)ヒルベルト空間
直交元の全体 → 直交補空間

ノルム空間

特徴づけ
ベクトル(線形空間の点)の大きさを測れるようにしたもの。
連結 ←距離空間は必ずしも連結でない(離散位相が作れる)
有限次元空間では,全てのノルムは同値
ノルム空間のあいだの線形写像を線形作用素と呼ぶ。
特に,線形作用素なら連続性と有界性は同値。
作用素ノルムを考えることができる。
点列を考えることに意味を持つ。
ノルムを誘導する内積が常に存在するわけではない(中線定理の結論を満たすことが条件)
内積から誘導されたノルムは,成分表示において座標系に依らないベクトル固有の量となる。
一方,他のp乗ノルムは座標変換によって値を変えてしまう。
しかし,だからといって無分別に2乗ノルムを用いるべきではないと伊理先生は警告している。
他との関係
完備化 → バナッハ空間(←完備距離空間とは違うのか?)
距離を誘導 → 距離空間
双対をとる → 作用素ノルムによって再びノルム空間
中線公理を満たす → ノルムを誘導する内積が構成できる。(内積→ノルムの逆を辿れる)
直積をとる → 直積ノルム空間(直積ノルム\| (x,y)\| := \|x\|_X + \|y\|_Y)を入れる。
作用素のグラフ → グラフノルム(\|(x,Tx)\| := \|x\|_X + \|Tx\|_Y)を入れる

バナッハ空間

特徴づけ
CONSほど便利なものは考えられない。Hahn-Banachが有力。
フレシェ微分,ガトー微分を考えられる。
反射的バナッハ空間ならば,弱Cauchy列が弱収束する。
他との関係
双対をとる → 作用素ノルムによって再びバナッハ空間

距離空間

特徴づけ
距離位相(開球を開集合とする位相)が入る。
線形構造などは特に持たないので,ノルム空間よりも抽象的。
Hausdorff,第一可算,パラコンパクト,完全正規
特に,一点は閉集合
完備かつ全有界(プレコンパクト) ⇔ コンパクト ⇔ 点列コンパクト
第一可算性より,点列連続 ⇔ 各点連続
距離はノルムから誘導されるとは限らない。
他との関係
完備化 → 完備距離空間

関数解析学

連続関数環

特徴づけ
台が閉集合 → supノルム(一様収束位相)で完備(つまりバナッハ)
代数構造

バナッハ環

ヒルベルト空間

特徴づけ
線形空間に内積を入れた空間
リースの表現定理
しかも,誘導されたノルムの位相で完備
要するにバナッハ空間
他との関係
有限次ユークリッド空間 も,ヒルベルト空間
変換H→Hの全体 ⇒ バナッハ環

ルベーグ空間

特徴づけ
ルベーグ測度
Ω開集合,1≦p<∞のとき,(L^p)^* \cong L^q

ソボレフ空間

特徴づけ
Lp関数のうち,弱微分が再びLpになる関数を集めたもの。

フレシェ空間


位相論

ハウスドルフ空間

コンパクト空間

局所コンパクトハウスドルフ空間


幾何学

トーラス

クライン

最終更新:2009年08月31日 23:05
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