Двойная окружность Александрова
Двойна́я окру́жность Алекса́ндрова, топологическое пространство, классический пример компактного хаусдорфова пространства, удовлетворяющего первой аксиоме счётности, но не удовлетворяющего второй. Оно строится следующим образом (см. рис.). Пусть и – две несовпадающие концентрические окружности на плоскости, а – отображение проектирования окружности на окружность из их общего центра . (Другими словами, если , то есть точка пересечения луча с окружностью .) Для каждой точки пусть обозначает открытую дугу окружности с угловой величиной (где ) и с серединой в точке . На множестве определяется топология: база её открытых множеств состоит из а) всех одноточечных множеств вида , где (т. е. все точки окружности объявляются изолированными); б) множеств вида при всевозможных и ; таким образом, для каждой точки семейство есть семейство базисных окрестностей точки .
Построенное топологическое пространство (не зависящее, с точностью до гомеоморфизма, от радиусов окружностей и ) и называется двойной окружностью Александрова. Это пространство компактно и хаусдорфово; топология подпространства совпадает с обычной топологией окружности как подпространства евклидовой плоскости (т. е. подпространство гомеоморфно одномерной сфере ), а подпространство дискретно, открыто и всюду плотно в – таким образом, является компактификацией дискретного пространства мощности континуума.
Пространство удовлетворяет первой аксиоме счётности, но не удовлетворяет второй; оно даже не сепарабельно, так как содержит открытое дискретное подпространство мощности континуума. Кроме того, наследственно нормально, но не совершенно нормально (его открытое подмножество не является -множеством) – отсюда (а также из того, что оно компактно, но не удовлетворяет второй аксиоме счётности) следует его неметризуемость.
В основе построения двойной окружности Александрова лежит общетопологическая конструкция, которая состоит в следующем. Пусть – произвольное топологическое пространство; положим , где – некоторая копия множества , не пересекающаяся с ним, т. е. такое множество , что , и существует биекция . На множестве определим топологию, выбирая в качестве базы открытых множеств все одноточечные множества вида , где и все множества вида , где и – открытое в множество, содержащее точку . Так построенное пространство называется александровским удвоением (или удвоением по Александрову) пространства . Двойная окружность Александрова представляет собой частный случай александровского удвоения – а именно, является александровским удвоением окружности (одномерной сферы).
Для того чтобы пространство было компактным (хаусдорфовым, тихоновским, нормальным), необходимо и достаточно, чтобы пространство обладало соответствующим свойством.
Двойная окружность Александрова была определена в «Мемуаре о компактных топологических пространствах» П. С. Александрова и П. С. Урысона (Alexandroff. 1929; русский перевод: Александров. 1971. С. 30–32). Конструкция александровского удвоения была введена Р. Энгелькингом (Engelking. 1968).