РефератыМатематикаТоТопологическая определяемость верхних полурешёток

Топологическая определяемость верхних полурешёток

Федеральное агентство по образованию


Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Вятский государственный гуманитарный университет


Математический факультет


Кафедра алгебры и геометрии


Выпускная квалификационная работа


Топологическая определяемость верхних полурешёток.


Выполнил:


студент V курса математического факультета


Малых Константин Леонидович


Научный руководитель:


кандидат физико-математических наук, доцент кафедры алгебры и геометрии В.В. Чермных


Рецензент:


доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой алгебры и геометрии Е.М. Вечтомов


Допущена к защите в государственной аттестационной комиссии


«___» __________2005 г. Зав. Кафедрой Е.М. Вечтомов


«___»___________2005 г. Декан факультета В.И. Варанкина


Киров 2005


Оглавление.


Введение …………………………………………………………………стр. 3


Глава 1 ……………………………………………………………………стр. 4


1. Упорядоченные множества ………………………………………стр. 4


2. Решётки.……………………………………………………………стр. 5


3. Дистрибутивные решётки ………………………………………..стр. 8


4. Топологические пространства……………………………………стр.10


Глава 2…………………………………………………………………….стр.11


1. Верхние полурешётки…………………………………………….стр.11


2. Стоуново пространство …………………………………………..стр.15


Список литературы……………………………………………………….стр.21





















Введение.


Дистрибутивная решётка является одним из основных алгебраических объектов. В данной работе рассматривается частично упорядоченное множество P
(
L
)
простых идеалов. Оно даёт нам много информации о дистрибутивной решётке L
,
но оно не может её полностью охарактеризовать. Поэтому, для того, чтобы множество P
(
L
)
характеризовало решётку L
,
необходимо наделить его более сложной структурой. Стоун [1937] задал на множестве P
(
L
)
топологию.


В этой работе рассматривается этот метод в несколько более общем виде.


Работа состоит из двух глав. В первой главе вводятся начальные понятия, необходимые для изучения данной темы. Во второй главе рассматриваются верхние полурешётки, а также множество простых идеалов с введенной на нём топологией.



















Глава 1.


1. Упорядоченные множества.


Определение

:
Упорядоченным множеством
называется непустое множество, на котором определено бинарное отношение , удовлетворяющее для всех следующим условиям:


1.Рефлексивность: .


2.Антисимметричность: если и , то .


3.Транзитивность: если и , то .


Если и , то говорят, что меньше или больше , и пишут или .


Примеры упорядоченных множеств:


1. Множество целых положительных чисел, а означает, что делит .


2. Множество всех действительных функций на отрезке и


означает, что для .


Определение:

Цепью
называется упорядоченное множество, на котором для имеет место или .


Используя отношение порядка, можно получить графическое представление любого конечного упорядоченного множества . Изобразим каждый элемент множества в виде небольшого кружка, располагая выше , если . Соединим и отрезком. Полученная фигура называется диаграммой
упорядоченного множества .


Примеры диаграмм упорядоченных множеств:




2. Решётки


Определение:

Верхней гранью
подмножества в упорядоченном множестве называется элемент из , больший или равный всех из .


Определение:

Точная верхняя грань
подмножества упорядоченного множества – это такая его верхняя грань, которая меньше любой другой его верхней грани. Обозначается символом и читается «супремум X».


Согласно аксиоме антисимметричности упорядоченного множества, если точная верхняя грань существует, то она единственна.


Понятия нижней грани и точной нижней грани (которая обозначается и читается «инфинум») определяются двойственно. Также, согласно аксиоме антисимметричности упорядоченного множества, если точная нижняя грань существует, то она единственна.


Определение:

Решёткой
называется упорядоченное множество , в котором любые два элемента и имеют точную нижнюю грань, обозначаемую , и точную верхнюю грань, обозначаемую .


Примеры решёток:


1. Любая цепь является решёткой, т.к. совпадает с меньшим, а с большим из элементов .


2.




Наибольший элемент, то есть элемент, больший или равный каждого элемента упорядоченного множества, обозначают , а наименьший элемент, то есть меньший или равный каждого элемента упорядоченного множества, обозначают .


На решётке можно рассматривать две бинарные операции:


- сложение и


- произведение


Эти операции обладают следующими свойствами:


1. , идемпотентность


2. , коммутативность


3. ,


ассоциативность


4. ,


законы поглощения


Теорема
. Пусть
- множество с двумя бинарными операциями , обладающими свойствами (1) – (4). Тогда отношение (или ) является порядком на
, а возникающее упорядоченное множество оказывается решёткой, причём:






Доказательство.


Рефлексивность отношения вытекает из свойства (1). Заметим, что оно является следствием свойства (4):




Если и , то есть и , то в силу свойства (2), получим . Это означает, что отношение антисимметрично.


Если и , то применяя свойство (3), получим: , что доказывает транзитивность отношения .


Применяя свойства (3), (1), (2), получим:


,


.


Следовательно, и


Если и , то используя свойства (1) – (3), имеем:


, т.е.


По определению точней верхней грани убедимся, что



Из свойств (2), (4) вытекает, что и


Если и , то по свойствам (3), (4) получим:



Отсюда по свойствам (2) и (4) следует, что


, т.е.


Таким образом, . ■


Пусть решётка, тогда её наибольший элемент характеризуется одним из свойств:


1.


2. .


Аналогично характеризуется наименьший элемент :


1.


2. .


3. Дистрибутивные решётки.


Определение:

Решётка называется дистрибутивной
, если для выполняется:


1.


2.


В любой решётке тождества (1) и (2) равносильны. Доказательство этого факта содержится в книге [1], стр. 24.



Теорема:
Решётка с 0 и 1 является дистрибутивной тогда и только тогда, когда она не содержит подрешёток вида



Доказательство этого факта можно найти в книге [2].


Далее под словом “решётка” понимается произвольная дистрибутивная решётка с 0 и 1 (причём ).






Определение:

Непустое множество называется идеалом
в решётке , если выполняются условия:


1.


2.




Определение:

Идеал в решётке называется простым
, если


или .


Идеал, порождённый множеством Н
(т.е. наименьший идеал, содержащий H
), будет обозначаться (Н].
Если Н = {
a
}
, то вместо ({
a
}]
будем писать (
a
]
и называть (
a
] главным идеалом.



Обозначим через I
(
L
)
множество всех идеалов решётки L. I
(
L
)
будем называть решёткой идеалов.




Определение:

Решётки и называются изоморфными
(обозначение: ), если существует взаимно однозначное отображение , называемое изоморфизмом,
множества на множество , такое, что


,


.


4. Топологические пространства.




Определение:

Топологическое пространство
– это непустое множество с некоторой системой выделенных его подмножеств, которая удовлетворяет аксиомам:


1. Пустое множество и само пространство принадлежит системе : .


2. Пересечение любого конечного числа множеств из принадлежит , т.е. .


3. Объединение любого семейства множеств из принадлежит , т.е. .


Таким образом, топологическое пространство – это пара <, >, где - такое множество подмножеств в , что и замкнуто относительно конечных пересечений и произвольных объединений. Множества из называют открытыми, а их дополнения в замкнутыми.


Определение:

Пространство называется компактным
, если в любом его открытом покрытии можно выбрать конечное подпокрытие.


Определение:

Подмножество пространства называется компактным
, если в любом его открытом покрытии можно выбрать конечное подпокрытие.




Определение:

Топологическое пространство называется - пространством
, если для любых двух различных его точек существует открытое множество, содержащее ровно одну из этих точек.




Глава 2.




1. Верхние полурешётки.


Определение:

Ч.у. множество называется верхней полурешёткой
, если sup
{
a
,
b
}
существует для любых элементов a
и b
.




Определение:

Непустое множество I
верхней полурешётки L
называется идеалом
, если для любых включение имеет место тогда и только тогда, когда .




Определение

: Верхняя полурешётка называется дистрибутивной
, если неравенство ≤ (, , L) влечёт за собой существование элементов , таких, что , , и = .(рис.1). Заметим, что элементы и не обязательно единственны.



Некоторые простейшие свойства дистрибутивной верхней полурешётки даёт:


Лемма 1
:


(*). Если <, > - произвольная полурешётка, то верхняя полурешётка дистрибутивна тогда и только тогда, когда решётка дистрибутивна.


(**). Если верхняя полурешётка дистрибутивна, то для любых существ

ует элемент , такой, что и . Следовательно, множество является решёткой.


(***). Верхняя полурешётка дистрибутивна тогда и только тогда, когда множество является дистрибутивной решёткой.


Доказательство.


(*). <, > - дистрибутивна и , то для элементов , , справедливо равенство :



значит, полурешётка <,> - дистрибутивна.


<,> - дистрибутивна. Пусть решётка содержит диамант или пентагон (рис.2).



1) Пусть решётка содержит пентагон, . Нужно найти такие элементы и , чтобы выполнялось равенство . Но множество элементов меньших b
или c
состоит из элементов {0,
b
,
c
}
и их нижняя граница не даст a
.
Получили противоречие с тем, что <,> - дистрибутивна. Значит, наше предположение неверно и решётка не содержит пентагона.


2) Пусть решётка содержит диамант, . Аналогично, множество элементов меньших b
или c
состоит из элементов {0,
b
,
c
},
их нижняя граница не даст a
.
Значит, решётка не содержит диаманта.


Можно сделать вывод, что решётка дистрибутивна.


(**). Имеем , поэтому , где (по определению дистрибутивной полурешётки). Кроме того, является нижней границей элементов и .


Рассмотрим идеалы, содержащие элемент и - и . Тогда Ø ,т.к. , нижняя граница элементов a
и b
, содержится там.


Покажем, что I
(
L
)
– решётка, т.е. существуют точные нижняя и верхняя грани для любых A
и B
.


Покажем, что
совпадает с пересечением идеалов A
и B
.
Во-первых, - идеал. Действительно, и и Во-вторых, пусть идеал и . Тогда , т.е. - точная нижняя грань идеалов A
и B
,
т.е. .


Теперь покажем, что совпадает с пересечением всех идеалов , содержащих A
и B
.
Обозначим . Поскольку для
для ,
то C
идеал. По определению C
он будет наименьшим идеалом, содержащим A
и B
.


(***). Пусть – верхняя дистрибутивная полурешётка. Покажем, что


.


Пусть , т.е. (рис.3), для некоторых



Понятно, что . По дистрибутивности, существуют такие, что . Т.к. A
– идеал, то , потому что . Аналогично, . Т.е. . Точно также, . Если , то легко показать, что .


Доказали, что - идеал. Очевидно, он является верхней гранью идеалов A
и B
.
Если C
содержит A
и B
, то C
будет содержать элементы для любых , т.е. Поэтому , поскольку является верхней гранью идеалов A
и B
и содержится в любой верхней грани.


Теперь покажем, что выполняется равенство:


.


. Пусть , где ,. Т.к. , то , откуда и следовательно . Аналогично, , значит,


. Пусть ,где .


Отсюда следует дистрибутивность решётки .


– дистрибутивная решётка, . Теперь рассмотрим идеалы, образованные этими элементами:



(,будет нижней границей для ). Поэтому , что и доказывает дистрибутивность полурешётки . ■



2. Стоуново пространство.


Определение

: Подмножество верхней полурешётки называется коидеалом
, если из неравенства следует и существует нижняя граница множества , такая, что .


Определение:

Идеал полурешётки называется простым
, если и множество является коидеалом.


В дальнейшем нам потребуется лемма Цорна, являющаяся эквивалентным утверждением аксиоме выбора.



Лемма Цорна.
Пусть
A
– множество и
X
– непустое подмножество множества
P
(
A
). Предположим, что
X
обладает следующим свойством: если
C
– цепь в <>, то . Тогда
X
обладает максимальным элементом.


Лемма 2
: Пусть – произвольный идеал и – непустой коидеал дистрибутивной верхней полурешётки . Если , то в полурешётке существует простой идеал такой, что и .


Доказательство.


Пусть X
– множество всех идеалов в L
,
содержащих I
и не пересекающихся с D
. Покажем, что X
удовлетворяет лемме Цорна.


Пусть C

произвольная цепь в X
и Если , то для некоторых Пусть для определённости . Тогда и , т.к. - идеал. Поэтому . Обратно, пусть , тогда , для некоторого Получаем , откуда .


Доказали, что M –
идеал, очевидно, содержащий I
и не пересекающийся с D
, т.е. . По лемме Цорна X
обладает максимальным элементом, т.е. максимальным идеалом P
среди содержащих I
и не пересекающихся с D
.


Покажем, что P
– простой. Для этого достаточно доказать, что L
P
является коидеалом. Пусть L
P
и . Поскольку , то , иначе в противном случае по определению идеала. Следовательно, . Если , то и пересекающихся с D
в силу максимальности P
.
Получаем и для некоторых элементов . Существует элемент такой, что и , по определению коидеала, следовательно и для некоторых Заметим, что и не лежат в P
,
т.к. в противном случае .


Далее, , поэтому для некоторых и . Как и прежде . Кроме того , поэтому - нижняя грань элементов a
и b
,
не лежащая в P
. ■


В дальнейшем, через будем обозначать дистрибутивную верхнюю полурешётку с нулём, через множество всех простых идеалов полурешётки .


Множества вида представляют элементы полурешётки в ч.у. множестве (т.е. ). Сделаем все такие множества открытыми в некоторой топологии.


Обозначим через топологическое пространство, определённое на множестве . Пространство SpecL
будем называть стоуновым пространством
полурешётки L
.




Лемма 3
: Для любого идеала
I
полурешётки
L
положим:




Тогда множества вида исчерпывают все открытые множества в стоуновом пространстве
SpecL
.


Доказательство.


Нужно проверить выполнение аксиом топологического пространства.


1) Рассмотрим идеал, образованный 0. Тогда


,


но 0 лежит в любом идеале, а значит .


2) Возьмём произвольные идеалы и полурешётки и рассмотрим



Пусть . Тогда существуют элементы a
и Отсюда следует, что , где L
P
– коидеал. По определению коидеала существует элемент d
такой, что и , значит,. Т.к. , следовательно, . Получаем, что .


Обратное включение очевидно.


2) Пусть - произвольное семейство идеалов. Через обозначим множество всех точных верхних граней конечного числа элементов, являющихся представителями семейства . Покажем, что - идеал. Пусть , тогда , где для некоторого идеала . Тогда лежит в идеале , следовательно, и , т.е. . Обратно очевидно.


Доказали, что - идеал. Теперь рассмотрим произвольное объединение.



Лемма 4
: Подмножества вида пространства можно охарактеризовать как компактные открытые множества.


Доказательство.


Действительно, если семейство открытых множеств покрывает множество , т.е. , то Отсюда следует, что для некоторого конечного подмножества , поэтому . Таким образом, множество компактно.


Пусть открытое множество r
(
I
)
компактно, тогда и можно выделить конечное подпокрытие для некоторых .


Покажем, что I
порождается элементом .


Предположим, что это не так, и в идеале I
найдётся элемент b
не лежащий в . Тогда [
b
)
– коидеал, не пересекающийся с . По лемме 2 найдётся простой идеал P
содержащий и не пересекающийся с [
b
).
Получаем, , т.к. (т.е. ), но , т.к. , противоречие. Следовательно, компактным открытым множеством r
(
I
)
будет только в случае, если - главный идеал.■


Предложение 5:
Пространство является - пространством.


Доказательство.


Рассмотрим два различных простых идеала и Q
. Хотя бы один не содержится в другом. Допустим для определённости, что . Тогда r
(
P
)
содержит Q
, но не содержит P
,
т.е. SpecL
является - пространством. ■


Теорема 6
: Стоуново пространство определяет полурешётку с точностью до изоморфизма.


Доказательство.


Нужно показать, что две полурешётки и изоморфны тогда и только тогда, когда пространства и гомеоморфны.


Очевидно, если решётки изоморфны, то пространства, образованные этими полурешётками будут совпадать.


Пусть и гомеоморфны () и . Тогда a
определяет компактное открытое множество r
(
a
).
Множеству r
(
a
)
соответствует компактное открытое множество , с однозначно определённым элементом по лемме 4. Таким образом получаем отображение : , при котором . Покажем, что - изоморфизм решёток. Если a
,
b

различные элементы из , то , следовательно, , поэтому и - инъекция.


Для произвольного открытому множеству соответствует и очевидно , что показывает сюръективность .


Пусть a
,
b

произвольные элементы из . Заметим, что . Открытому множеству при гомеоморфизме соответствует открытое множество , а соответствует . Следовательно, =. Поскольку =, то , т.е. ■










































Литература.


1. Биргкоф Г. Теория решёток. – М.:Наука, 1984.


2. Гретцер Г. Общая теория решёток. – М.: Мир, 1982.


3. Чермных В.В. Полукольца. – Киров.: ВГПУ, 1997.



































Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Топологическая определяемость верхних полурешёток

Слов:3113
Символов:25141
Размер:49.10 Кб.