Хаусдорфово пространство
Хаусдо́рфово прострáнство, топологическое пространство, каждые две различные точки которого отделимы непересекающимися окрестностями. Более подробно: топологическое пространство называется хаусдорфовым, если оно удовлетворяет следующей аксиоме Хаусдорфа: для каждой пары различных точек существуют открытые множества –такие, что , и . Аксиома Хаусдорфа также называется аксиомой отделимости , а хаусдорфовы пространства именуются -пространствами.
Для любого топологического пространства следующие условия эквивалентны:
пространство хаусдорфово;
любое одноточечное подмножество пространства является пересечением замыканий своих окрестностей, т. е. ;
каждый фильтр в пространстве имеет не более одного предела;
диагональ является замкнутым подмножеством топологического произведения .
Подпространство хаусдорфова пространства является хаусдорфовым; топологическое произведение хаусдорфовых пространств – хаусдорфово пространство.
Простейший пример нехаусдорфова -пространства (т. е. топологического пространства, все одноточечные подмножества которого замкнуты) представляет собой произвольное бесконечное множество с топологией, определённой следующим образом: множество открыто в том и только том случае, если оно либо пусто, либо его дополнение конечно. В этом пространстве любые два непустых открытых множества пересекаются; оно также является компактным.
Если – непрерывное отображение произвольного топологического пространства в хаусдорфово пространство , то его график (т. е. множество ) замкнут в . Для произвольных непрерывных отображений и в хаусдорфово пространство множество точек совпадения этих отображений (т. е. множество ) замкнуто в ; это утверждение обобщается также и на произвольное семейство отображений. Отсюда следует фундаментальное утверждение о хаусдорфовых пространствах, иногда называемое «принципом продолжения тождеств»: если два непрерывных отображения топологического пространства в хаусдорфово пространство совпадают на некотором всюду плотном в подмножестве, то они совпадают на всём (иначе говоря, если непрерывное отображение всюду плотного подпространства топологического пространства в хаусдорфово проcтранство непрерывно продолжается на всё , то это продолжение единственно).
Другое важнейшее свойство хаусдорфовых пространств: любое компактное подмножество хаусдорфова пространства замкнуто.
Топологические пространства, встречающиеся в классических разделах функционального анализа, дифференциальной геометрии и топологии, как правило, хаусдорфовы.
Топологическое пространство называется слабо хаусдорфовым, если для любого непрерывного отображения хаусдорфова компакта в пространство образ – замкнутое множество. Слабо хаусдорфово пространство является -пространством; всякое хаусдорфово пространство слабо хаусдорфово, но обратное неверно; слабо хаусдорфовы пространства находят важное применение в алгебраической топологии, являясь во многих случаях более удобным классом пространств, чем хаусдорфовы.
Хаусдорфовы пространства названы в честь Ф. Хаусдорфа, который включал аксиому отделимости в своё определение топологических пространств (Hausdorff. 1914). Понятие слабой хаусдорфовости введено М. К. Маккордом (McCord. 1969).