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位相空間

1914
  • Felix Hausdorff
Mathematician's desk with topology textbook and chalkboard, representing topological space.

(画像はイメージです)

位相空間は、順序対 [latex](X, tau)[/latex] であり、[latex]X[/latex] は集合、[latex]tau[/latex] の部分集合の集合(開集合と呼ばれる)で、次の 3 つの公理を満たします。1) 空集合 [latex]emptyset[/latex] と [latex]X[/latex] 自体は [latex]tau[/latex] に含まれます。2) [latex]tau[/latex] 内の任意の数の集合の和集合も [latex]tau[/latex] に含まれます。3) [latex]tau[/latex] 内の任意の有限個の集合の共通部分も [latex]tau[/latex] に含まれます。

集合 [latex]tau[/latex] は [latex]X[/latex] 上の位相と呼ばれます。 [latex]X[/latex] の要素は通常点と呼ばれ、[latex]tau[/latex] の部分集合は開集合です。 [latex]X[/latex] の部分集合は、その補集合が開集合である場合、閉集合と呼ばれます。 この公理的定義は非常に一般的で強力であり、距離や測定に依存しない方法で空間特性を研究することができます。たとえば、実数の集合 [latex]mathbb{R}[/latex] とすべての開区間の集合は、標準位相として知られる位相空間を形成します。ただし、同じ集合 [latex]mathbb{R}[/latex] 上には、他の多くの非標準位相を定義することができます。 点の近傍の概念は基本的です。点 [latex]x[/latex] の近傍とは、[latex]x[/latex] を含む開集合を含む [latex]X[/latex] の任意の部分集合のことです。この枠組みにより、数学者は距離空間における極限や連続性といった概念を、より抽象的な設定へと一般化することができます。この定義の強みは、距離に頼ることなく「近さ」や「連結性」の本質を捉えることができる点にあり、距離の概念が自然ではない、あるいは利用できない幅広い数学的・科学的問題に適用できます。

UNESCO Nomenclature: 1209
トポロジー

タイプ

抽象システム

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ゲオルク・カントールの集合論に関する研究
  • ベルンハルト・リーマンの多様体の概念
  • モーリス・フレシェによる計量空間の導入
  • アンリ・ポアンカレの分析状況に関する研究

アプリケーション

  • 連続性と収束性を定義する
  • 一般相対性理論
  • 量子場理論
  • データ分析(トポロジーデータ分析)
  • 弦理論

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連:位相空間、開集合、公理、ハウスドルフ、集合論、位相、抽象代数学、一般位相。

歴史的背景

位相空間

1896
1900
1903
1914
1924
1925
1930
1895
1899
1900
1911
1922
1925
1928
1930

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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