子基是与拓扑有关的概念。设(X,T)为拓扑空间,S⊂T,若S的元的所有有限交的族为T的基,则称S为拓扑空间(X,T)的子基或拓扑S的子基,每一个非空集族S必是X=∪S上的某个拓扑的子基,并且该拓扑由S惟一确定,它是包含S的最小拓扑,一个拓扑可以有不同的子基,但子基确定惟一的拓扑。
子基定义
设
是拓扑空间,
。若
为
的所有包含
的拓扑的交,则称
是拓扑
的子基,
中的元素称为子基开集。
等价定义为
设
是拓扑空间,
,若
中元素的一切有限交之族是集合X上的拓扑
的基,则称
是拓扑
的子基,
中的元素称为子基开集。
子基相关概念
子基拓扑基
设
是拓扑空间,
,若
的元素都可表示为
中某些元素的并,即对于
,存在
使得
,则称
是拓扑
的基或拓扑基,也称为拓扑空间
的基或拓扑基,
中的元素称为基开集。
子基邻域基
设(X,τ)是拓扑空间,τ‘为X中一点x的开邻域族。若给定包含x的任一开集U,τ‘中均存在开邻域V⊆U,则称τ‘为邻域基。
子基例子
例1 设
是任意拓扑空间,则
就是它的基。
例2 设X是非空集,记
则
是集合X上的离散拓扑的基。
子基相关定理
子基定理1
设
是拓扑空间,
,则
是拓扑
的基的充分必要条件是对于任意
,任意
,存在
,使得
。
证明: 必要性:对于
,因为
是
的基,从而
其中
,所以对于任意
,存在
,使得
充分性:任取
,若
,则取
,从而
,若
,则对于任意
,存在
使得
于是
,记
,因此
,又
,所以
是
的基。
子基定理2
设
是非空集X的一个子集族,则
是集合X 上的某一拓扑的基的充分必要条件是
满足下列条件
(1)
;
(2)对于任意
是
中某些元素的并。
若
满足上述两个条件,则集合X上以
为基的拓扑是唯一的,此拓扑称为以
为基生成的集合X上的拓扑。
子基定理3
设X为非空集,
,并且
,则集合X上存在唯一拓扑以
为子基,这个拓扑称为以
为子基生成的集合X上的拓扑。
证明 记
={B
B是
中有限个元素的交}.
因为
,从而
,又对于
中任意两个元素的交是
中元素的有限交,可见
的任意两个元素的交属于
,于是这个交是
中元素的并。因此,从定理2中条件的充分性可知,集合X上有拓扑
以
为它的基,所以
是此拓扑
的子基,若
*是以
为子基的集合X上的另一拓扑,则根据子基定义,
*是以
为基,所以,由定理2可知
*=
。
例3 设
,则以
为子基生成的集合X上的拓扑是