緊集

緊集

緊集是拓撲空間內的一類特殊點集,它們的任何開覆蓋都有有限子覆蓋。

定義


度量空間內,緊集還可以定義為滿足以下任一條件的集合:
i)任意列有收斂子列且該子列的極限點屬於該集合(自列緊集);
ii)具備Bolzano-Weierstrass性質;
iii)完備且完全有界。

性質


緊集具有以下性質:
1.點集是緊集的充分必要條件是它為有界閉集。
2.緊集在連續函數下的像仍是緊集。
3.豪斯多夫空間的緊子集是閉集。
4.實數空間的非空緊子集有最大元素和最小元素。
5.Heine-Borel定理:在Rn內,一個集合是緊集當且僅當它是閉集並且有界。
6.定義在緊集上的連續實值函數有界且有最大值和最小值。
7.定義在緊集上的連續實值函數一致連續

直觀理解


從某種意義上,緊集類似於有限集。舉最簡單的例子而言,在度量空間中,所有的有限集都有最大與最小元素。一般而言,無限集可能不存在最大或最小元素(比如R中的(0, 1)),但R中的非空緊子集都有最大和最小元素。在很多情況下,對有限集成立的證明可以擴展到緊集。一個簡單的例子是對以下性質的證明:定義在緊集上的連續實值函數一致連續。

類似概念


自列緊集:每個有界序列都有收斂的子序列。
可數緊集:每個可數的開覆蓋都有一個有限的子覆蓋。
偽緊:所有的實值連續函數都是有界的。
弱可數緊緻:每個無窮子集都有極限點。
在度量空間中,以上概念均等價於緊集。
以下概念通常弱於緊集:
相對緊緻:如果一個子空間Y在母空間X中的閉包是緊緻的,則稱Y是相對緊緻於X。
准緊集:若空間X的子空間Y中的所有序列都有一個收斂的子序列,則稱Y是X中的准緊集。
局部緊緻空間:如果空間中的每個點都有個由緊緻鄰域組成的局部基,則稱這個空間是局部緊緻空間。