セットでフィルター

数学において集合上のフィルターとは、スーパーセットと有限交差に関して閉じた部分集合の族である。この概念は位相幾何学に由来し、点の近傍が空間上のフィルターを形成する。フィルターは1937年にアンリ・カルタンによって導入され[1] [2]、位相幾何学におけるフィルターに関する論文で説明されているように、その後ニコラ・ブルバキは著書『Topologie Générale』の中で、1922年にEH・ムーアハーマン・L・スミスによって開発された関連するネットの概念の代替としてフィルターを用いた。フィルターはモデル理論集合論にも応用されている

集合上のフィルタは後に順序フィルタへと一般化されました。具体的には、集合上のフィルタは包含順序のべき乗集合上の順序フィルタです。

フィルターの双対という概念は理想です。超フィルターはフィルターの特に重要なサブクラスです。

意味

集合 が与えられたとき、のフィルタの部分集合の集合であり、次のようになる: [3] [4] [5]

  • 上向きに閉じている:がかつとなるような場合
  • は有限交差の下で閉じている: , [a]、そしてあれば

適切な(または非退化)フィルタとは、べき集合の部分集合として適切なフィルタである(つまり、唯一の不適切なフィルタは、すべての可能な部分集合からなる である)。上方閉包により、フィルタが適切であるためには、空集合を含まない必要がある。[4]多くの著者は、フィルタは定義により適切でなければならないという慣例を採用している。[6][7][8][9]

と が同じセット上の2つのフィルタで、 が成り立つとき、 は(または のサブフィルタ)よりも粗い[10]と言われ、 は(または のサブフィルタ)よりも細かい[10]と言われる。またはスーパーフィルタ[11]従属する

  • シングルトン集合は、上の自明なフィルタまたは非離散フィルタと呼ばれる[12]
  • が のサブセットである場合、 のサブセットが のスーパーセットであるものは主フィルタを形成します[3]
  • 位相空間での近傍集合は のフィルタ、つまり の近傍フィルタ[13]または近傍フィルタ[14]になります
  • さまざまな「大きさ」の条件から多くの例が生じます。
    • が集合である場合、のすべてのコ有限部分集合(すなわち、 の補集合が有限であるような集合)の集合は 上のフィルタ、すなわちフレシェフィルタ[12] [15] [5](またはコ有限フィルタ[13])である。
    • 同様に、 が集合である場合、余算可能部分集合(補集合が可算な部分集合)はフィルタを形成し、この余算可能フィルタ[14]はフレシェフィルタよりも精緻である。より一般的には、任意の基数に対して、補集合が高々基数 である部分集合はフィルタを形成する。
    • が距離空間、例えば の場合の共有界部分集合(その補集合が有界集合であるもの)は 上のフィルタを形成する[16]
    • が完備測度空間(例えば、ルベーグ測度を持つである場合、コンヌル部分集合、すなわち、その補集合が測度 0 である部分集合は 上のフィルタを形成します。(非完備測度空間の場合、必ずしも測度 0 の測度可能部分集合に含まれる部分集合を取ることができます。)
    • 同様に、 が測度空間である場合、その補集合が有限測度の測度可能な部分集合に含まれる部分集合は 上のフィルタを形成します
    • が位相空間である場合、の集合 (つまり、その補集合が貧弱 であるもの)は 上のフィルタを形成します
    • 自然密度が1である部分集合は、フィルタを形成する[17]
  • 正則非可算基数クラブフィルタは、 のクラブ サブセット含むすべてのセットのフィルタです
  • が 上のフィルタの族であり が上のフィルタである場合、 は上のフィルタであり、コワルスキーフィルタと呼ばれる[18]

プリンシパルフィルターとフリーフィルター

上のフィルタのカーネル、内の のすべてのサブセットの共通部分です

上のフィルタは、特に単純な形式、すなわち、ある固定された部分集合 に対してのスーパーセットを正確に含む形式の場合、主フィルタ[3](またはアトミックフィルタ[13] )と呼ばれます。 のとき、これは不適正フィルタを生成します。がシングルトンのとき、このフィルタ( を含むすべての部分集合から構成される)は に関連付けられた基本フィルタ[3](または離散フィルタ[19])と呼ばれます

フィルタが主となるのは、 の核がの要素である場合であり、その場合、 はその核のスーパーセットから構成される。[20]有限集合上では、すべてのフィルタが主である(核を定義する交差が有限であるため)。

フィルタは、カーネルが空の場合自由であると言われ、そうでない場合は固定である(そして がカーネルの要素である場合、によって固定される)。[21]集合上のフィルタが自由であるのは、それが上のフレシェフィルタを含む場合のみである[22]

上の2つのフィルタとが噛み合うは、 のすべての要素が のすべての要素と交差する場合です[23]上のすべてのフィルタについて、 上のフィルタ自由部分)と主部分)の一意のペアが存在し、 は自由、は主、 であり、 とは噛み合いません。主部分はのカーネルによって生成される主フィルタであり、自由部分はの要素から構成され、カーネルから任意の数の要素が削除される可能性があります。[22]

フィルタが可算深度であるとは、 の任意の可算部分集合の核が に属する場合である[14]

注文フィルターとの対応

集合 上のフィルタの概念は、より一般的な半順序集合 上のフィルタの概念の特殊なケースです。定義により、半順序集合 上のフィルタとは、 の部分集合 うち、上向きに閉じている( かつ であるときかつ下向きある( のすべての有限部分集合はに下限を持つ)ものです。集合 上のフィルタは、包含順序付けされた冪集合 上のフィルタと同じです。 [b]

フィルターの構造

フィルターの交差

が 上のフィルタ族である場合、その共通部分は上のフィルタである。共通部分は上のフィルタ集合における包含関係によって部分的に順序付けられた最大の下界演算であり、 上のフィルタ完全な格子構造を与える。[14] [24]

共通部分は、それぞれとして記述できる部分集合で構成されます

サブセットのファミリーによって生成されたフィルター

部分集合族 が与えられたとき、 を含む 上の最小フィルタ(包含の意味で)が存在する。これは、 を含む上のすべてのフィルタの共通部分(最大の下限)として構成できる。このフィルタはによって生成されるフィルタと呼ばれフィルタ部分基底と呼ばれる[25]

生成されたフィルタはより明示的に記述することもできる。は有限交差で閉じ、次に上向きに閉じることによって得られる。つまり、はいくつかのに対してとなるような部分集合から構成される[11]

これらの演算はカーネルを保存するので、が適切なフィルタであるためには有限交差特性を持つ必要がある。つまり、の有限部分族の交差は空ではない。[16]

包含順序付けされたフィルタの完全格子において、フィルタ族の最小上限はによって生成されるフィルタである[20]

2つのフィルタメッシュが適切である場合に限ります[23]

フィルターベース

を のフィルタとするフィルタ基底はの上方閉包となるような部分集合の族すなわち があるに対して となるような部分集合からなるものである[6]

この上方閉包は、 が下向きである、すなわち、が空でなく、すべての に対してとなるような が存在する場合に限り、フィルタである[6] [13]この場合、はプレフィルタとも呼ばれ、上方閉包は生成されたフィルタ にも等しい[16]したがって、 のフィルタ基底であることは、のフィルタ部分基底であることよりも強い性質である

  • 位相空間での近傍フィルタのフィルタ基底は の近傍基底呼ばれ、同様に、 の近傍フィルタのフィルタ部分基底は の近傍部分基底呼ばれます近傍フィルタの定義により、の近傍は常に の近傍基底を形成します。 においての周りの正の半径の閉球も の近傍基底を形成します
  • を無限集合とし、がの部分集合から成り、その部分集合は1点を除くすべての点を含むとします。すると、は上のフレシェフィルタの部分基底となり、これは共有限部分集合 から成ります。有限交差におけるその閉包はフレシェフィルタ全体ですが、部分基底を含むフレシェフィルタのより小さな基底も存在します。例えば、 の部分集合は有限奇数を除くすべての点を含みます。実際、フレシェフィルタのあらゆる基底から任意の部分集合を削除すると、フレシェフィルタの別の基底が得られます。
  • が位相空間場合、 の稠密開部分集合は有限交差の下で閉じているため、のフィルタ基底を形成する。これらの開部分集合が生成するフィルタは、どこにも稠密でない部分集合の補集合から構成される。 において、 を稠密開部分集合に制限すると、同じフィルタの別のフィルタ基底が得られる。[要出典]
  • 同様に、が位相空間である場合、稠密な開部分集合の可算な交差は、近似部分集合のフィルタを生成するフィルタ基底を形成します
  • を集合とし、に値を持つネット、すなわち、定義域が有向集合である族とする。末尾のフィルタ基底は集合から構成され、 の有向性によって下向きに閉じている。生成されたフィルタは、イベンチュアリティフィルタまたは末尾のフィルタと呼ばれる。シーケンシャルフィルタ[26]または基本フィルタ[9]トポロジーにおけるフィルタの応用において基本的なものです[13][27]
  • すべてのπシステムはフィルターベースです。

サブセット上のフィルタのトレース

が 上のフィルタで の場合の のトレースであり、これはフィルタである。[15]

関数によるフィルターの画像

を関数とします

が の部分集合族である場合、 によるその像は次のように定義される。

上のフィルタのによる画像フィルタは、生成されたフィルタ として定義されます[28]が射影的であれば、すでにフィルタです。一般的な場合、はフィルタ基底であり、したがって はその上方閉包です。[29]さらに、 が のフィルタ基底であれば、フィルタ基底です

およびのカーネルはによってリンクされています

フィルターの製品

集合の族とフィルタが与えられたとき、積集合上の積フィルタはおよびの集合によって生成されるフィルタとして定義される。ここで、は積集合から番目の成分への射影である[12] [30]この構成は積位相に似ている

それぞれが のフィルタ基底である場合、 のフィルタ基底は集合によって与えられは有限個を除くすべての に対してなる族である[ 12] [31]

参照

注記

  1. ^ の零部分集合の共通部分はそれ自身である
  2. ^ 上のフィルタは 上の順序フィルタであることは明らかです。逆に、を 上の順序フィルタとします。これは定義により上方閉包です。有限交差の下で閉包性を確認します。が からの部分集合の有限族である場合、 は下方閉包により における下限を持ち、これは となるようなものです。すると となり、したがって上方閉包により となります。

引用

  1. ^ カルタン 1937a.
  2. ^ カルタン 1937b.
  3. ^ abcd Császár 1978、56ページ。
  4. ^ シェクター 1996、100ページより。
  5. ^ ウィラード 2004、p.78より。
  6. ^ abc Dolecki & Mynard 2016、29ページ。
  7. ^ ジョシ 1983年、241ページ。
  8. ^ Köthe 1983、11ページ。
  9. ^ シューベルト 1968年、48ページより。
  10. ^ ab Schubert 1968、49ページ。
  11. ^ シェヒター 1996、102ページより。
  12. ^ abcd ブルバキ 1987、57–68 ページ。
  13. ^ abcde Joshi 1983、242ページ。
  14. ^ abcd Dolecki & Mynard 2016、p. 30。
  15. ^ シェクター 1996、103ページより。
  16. ^ abc シェクター 1996、104ページ。
  17. ^ Jech, Thomas (2006). 『集合論:第三千年紀版、改訂・拡張版』 ベルリン・ニューヨーク: Springer Science & Business Media. p. 74. ISBN 978-3-540-44085-7. OCLC  50422939。
  18. ^ シェクター、1996 年、100–130 ページ。
  19. ^ ウィランスキー 2013、44ページ。
  20. ^ Dolecki & Mynard 2016、33ページより。
  21. ^ シェクター 1996、16ページ。
  22. ^ Dolecki & Mynard 2016、34ページより。
  23. ^ Dolecki & Mynard 2016、31ページより。
  24. ^ シューベルト 1968年、50ページ。
  25. ^ Császár 1978、57ページ。
  26. ^ Dolecki & Mynard 2016、35ページ。
  27. ^ ナリシ&ベッケンシュタイン 2011、5ページ。
  28. ^ ジョシ 1983年、246ページ。
  29. ^ Dolecki & Mynard 2016、37ページ。
  30. ^ Dolecki & Mynard 2016、39ページ。
  31. ^ Köthe 1983、14ページ。

参考文献

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