可算集合(countable set)とは、有限であるか、または自然数全体 $\mathbb{N}$ との間に全単射が存在する(可算無限である)集合のことである。可算無限集合とは、元を $a_0,a_1,a_2,\dots$ と重複なく漏れなく番号付けできる集合である。整数全体 $\mathbb{Z}$、有理数全体 $\mathbb{Q}$、$\mathbb{N}\times\mathbb{N}$ は可算無限であり、可算集合の部分集合、有限個の直積、可算個の和集合(可算選択公理を用いる)は可算である。一方、実数全体 $\mathbb{R}$ や冪集合 $\mathcal{P}(\mathbb{N})$ は Cantor の対角線論法により可算でなく、非可算集合と呼ばれる。可算と非可算の区別は濃度の理論の出発点であり、位相空間論・測度論・代数で有限性条件として用いられる。
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基数(cardinal number)とは、集合の「元の個数」を無限集合にまで拡張した概念であり、全単射で結ばれる集合の濃度は等しいと定め、各集合と対等な最小の順序数(初期順序数)をその集合の基数 $|X|$ とする。有限集合の基数は自然数、自然数全体の基数は最小の無限基数 $\aleph_0$ であり、実数全体の基数 $2^{\aleph_0}$ はそれより真に大きい。Cantor の定理 $|X|<|\mathcal{P}(X)|$ により最大の基数はなく、無限基数は $\aleph_0<\aleph_1<\cdots$ と数え上げられる。無限基数の和と積は $\max(\kappa,\lambda)$ に等しい一方、冪 $2^{\kappa}$ の値は ZFC では決まらず、ZFC が無矛盾なら連続体仮説 $2^{\aleph_0}=\aleph_1$ は ZFC から独立である。
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Riemann面(Riemann surface)とは、各点の近くが複素平面の領域と同相で、座標変換が正則になる連結な複素1次元多様体である。実2次元の曲面に複素解析を行うための座標構造を加えたもので、複素平面の領域、Riemann球面、複素トーラス、特異点のない平面曲線 $F(x,y)=0$ が代表例である。複素構造は向きを定め、コンパクトな面からの定数でない正則写像は全射になる。$\mathbb C$ と単位円板のように同相でも双正則でない面があり、位相的な分類と双正則な分類は異なる。零点と極、被覆と分岐、因子、Riemann–Rochの定理を結ぶ複素解析と代数幾何の基礎的な舞台になる。
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可微分多様体(differentiable manifold)とは、位相多様体(Hausdorff かつ第 2 可算な局所 Euclid 空間)に、座標変換がすべて $C^r$ 級($1\le r\le\infty$ または実解析的)であるアトラスの極大なもの(微分構造)を指定したものである。微分可能多様体・微分多様体ともいい、$r=\infty$ のとき滑らかな多様体という。座標変換が微分可能なので、写像の微分可能性・接ベクトル・ベクトル場・微分形式・Riemann 計量が座標によらずに定まり、微分幾何学と微分トポロジーの基本的対象になる。Euclid 空間・球面・射影空間・トーラスが基本例で、開部分集合と直積で閉じ、滑らかな 1 の分割をもち、Whitney の定理により Euclid 空間に埋め込める。同じ位相多様体上の微分構造は微分同相とは限らず、エキゾチック球面がその例である。
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ホモトピー群(homotopy group)とは、$n\ge1$ に対し、基点を保つ球面 $S^n$ から空間 $X$ への写像を、基点を固定したホモトピーで類別し、貼り合わせで群構造を入れたもの $\pi_n(X,x_0)$ である。$n=1$ は基本群で、$n\ge2$ ではアーベル群になる。例えば $\pi_n(S^n)\cong\mathbb{Z}$、$1\le k<n$ で $\pi_k(S^n)=0$ だが、$\pi_3(S^2)\cong\mathbb{Z}$ のように球面の次元より上の群は消えるとは限らない。ホモロジーへの Hurewicz 写像や、懸垂による安定化(Freudenthal の定理)が、ホモトピー群を調べる主な道具である。
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剰余類(coset)とは、群 $G$ の部分群 $H$ と元 $g$ から作られる集合 $gH=\{gh\mid h\in H\}$(左剰余類)または $Hg$(右剰余類)である。左剰余類は同値関係 $x^{-1}y\in H$ の同値類であり、$G$ は $H$ と同じ大きさの剰余類に分割される。剰余類の個数を指数 $[G:H]$ といい、有限群では $|G|=[G:H]\,|H|$(Lagrange の定理)が成り立つ。整数の加法群の $n\mathbb{Z}$ による剰余類 $a+n\mathbb{Z}$ は法 $n$ の合同類にほかならない。左剰余類と右剰余類は個数は等しいが一般には一致せず、すべて一致する部分群が正規部分群であり、そのとき剰余類の全体が剰余群をなす。
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被覆空間(covering space)とは、全射連続写像 $p\colon E\to B$ で、$B$ の各点が均一に被覆される開近傍 $U$($p^{-1}(U)$ が互いに交わらない開集合の和に分かれ、各々が $p$ により $U$ に同相に写る)をもつもの(被覆写像)の定義域 $E$ のことであり、$B$ を底空間、$p^{-1}(b)$ をファイバーという。局所的には底空間のコピーを積み重ねた空間で、実数直線から円周への写像、円周の $n$ 乗写像、球面から実射影空間への商写像が代表例である。底空間の道とホモトピーは一意的に持ち上がり、基本群 $\pi_1(B)$ がファイバーに作用して、底空間が弧状連結・局所弧状連結・半局所単連結のとき、弧状連結な被覆空間が $\pi_1(B)$ の部分群と一対一に対応する。この対応は Galois 理論と同じ形をもつ。
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Laurent展開(Laurent expansion)とは、環状領域 $r<|z-a|<R$ 上の正則関数 $f$ を負の冪も含む両側級数 $\sum_{n\in\mathbb{Z}}a_n(z-a)^n$ で表したものであり、係数は円周に沿う積分 $a_n=\dfrac{1}{2\pi i}\oint_{|\zeta-a|=\rho}\dfrac{f(\zeta)}{(\zeta-a)^{n+1}}\,d\zeta$ で与えられる。Taylor 展開の環状領域版で、負冪の部分を主要部という。展開は存在して一意であり、コンパクト部分集合上で絶対一様収束する。穴あき円板での主要部の形により孤立特異点は除去可能特異点・極・真性特異点に分類され、$a_{-1}$ が留数で、円周に沿う積分は $2\pi i\,a_{-1}$ に等しい。同じ関数でも環状領域ごとに展開は異なる。
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完全写像(perfect map)とは、連続かつ閉写像で、各点のファイバー $f^{-1}(y)$ がコンパクトな写像 $f\colon X\to Y$ のことである。コンパクト空間から Hausdorff 空間への連続写像が持つ良い性質を、定義域がコンパクトでない場合にも使えるように写像の条件として取り出したもので、コンパクト集合の逆像がコンパクトになり、終域の部分集合への制限と合成で保たれる。全射の完全写像は Hausdorff 性・正則性・正規性・局所コンパクト性を像へ、コンパクト性・Lindelöf 性を逆像へ遺伝させる。コンパクト空間を因子とする積の射影が基本例で、終域が局所コンパクト Hausdorff 空間なら「コンパクト集合の逆像がコンパクト」という固有写像の条件と一致する。
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Sierpinski空間(Sierpiński space)とは、二点集合 $\{0,1\}$ に開集合系 $\{\emptyset,\{1\},\{0,1\}\}$ を入れた位相空間 $S$ のことであり、二点集合上の位相のうち離散でも密着でもない、同相を除いて唯一のものである。$1$ は開点かつ一般点、$0$ は閉点で、$S$ は $T_0$ 空間であるが $T_1$ 空間ではない最も簡単な例である。位相空間 $X$ の部分集合 $U$ の指示関数 $X\to S$ が連続であることと $U$ が開集合であることは同値であり、$X$ の開集合全体は連続写像 $X\to S$ の全体と一対一に対応する。$T_0$ 空間はちょうど $S$ の直積の部分空間と同相な空間である。$S$ は二元鎖の Alexandrov 位相かつ Scott 位相であり、離散付値環のスペクトルとも同相である。
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