此條目介紹的是拓扑学中的边界。关于流形中的边界,请见「
流形 」。
集合(淺藍色)和它的邊界(深藍色)。
邊界 ,(英語:boundary ),是點集拓樸的概念,拓扑空间 X 的子集 S 的边界 是从 S 和从 S 的外部 都可以接近的点的集合。更嚴格的说,它是屬於 S 的闭包 但不是 S 的內點 的所有点的集合。S 的边界的元素叫做 S 的邊界點 (英語:boundary point )。集合 S 的边界的符号包括 bd(S )、fr(S ) 和 ,
∂
S
{\displaystyle \partial S}
。某些作者(比如 Willard 在 General Topology 中)使用术语“边境”(frontier)而不用边界来试图避免混淆于代数拓扑学中使用的边界概念。
S 的边界的连通单元 叫做 S 的边界单元 。
定义
拓扑空间
(
X
,
τ
)
{\displaystyle (X,\tau )}
的子集
S
{\displaystyle S}
的边界 (記為
∂
S
{\displaystyle \partial S}
)有一些常用及等价的定义:
S
{\displaystyle S}
的闭包 减去
S
{\displaystyle S}
的内部 :
∂
S
=
S
¯
−
S
o
{\displaystyle \partial S={\bar {S}}-S^{o}}
。
S
{\displaystyle S}
的闭包和其补集 的闭包的交集:
∂
S
=
S
¯
∩
(
X
−
S
)
¯
{\displaystyle \partial S={\bar {S}}\cap {\overline {(X-S)}}}
。
∂
S
{\displaystyle \partial S}
是所有满足以下条件的点
x
{\displaystyle x}
的集合:
x
{\displaystyle x}
的每个邻域 都包含至少一个属于
S
{\displaystyle S}
的點,以及至少一个不属于
S
{\displaystyle S}
的點。这些點
x
{\displaystyle x}
称为
S
{\displaystyle S}
的边界点 。
性质
集合的边界是闭集 。
p 是某集合的边界点,当且仅当 所有 p 的邻域包含至少一个点属于该集合且至少一个点不属于该集合。
某集合的边界等于该集合的闭包和该集合的补集的闭包的交集。
某集合是闭集,当且仅当该集合的边界在该集合中;某集合是开集 ,当且仅当该集合与其边界不相交。
某集合的边界等于其补集的边界。
某集合的闭包等于该集合和其边界的并集。
某集合的边界为空,当且仅当该集合既是开集也是闭集(也就是闭开集 )。
举例
若
X
=
[
0
,
5
)
{\displaystyle X=[0,5)\,}
,则
∂
X
=
{
0
,
5
}
{\displaystyle \partial X=\{0,5\}}
。
∂
B
¯
(
a
,
r
)
=
B
¯
(
a
,
r
)
−
B
(
a
,
r
)
{\displaystyle \partial {\overline {B}}(\mathbf {a} ,r)={\overline {B}}(\mathbf {a} ,r)-B(\mathbf {a} ,r)}
∂
D
n
≃
S
n
−
1
{\displaystyle \partial D^{n}\simeq S^{n-1}}
∂
∅
=
∅
{\displaystyle \partial \emptyset =\emptyset }
在 R 3 中,若 Ω=x 2 +y 2 ≤ 1且Z=0,则 ∂Ω = Ω;但在 R 2 中,∂Ω = {(x , y ) | x 2 +y 2 = 1}。所以,集合的边界依赖其背景空间。
引用