Teorema 1 (Tychonoff)

Enunciado

El producto de espacios compactos es un espacio compacto con la topología producto.[1]

Demostración

Sea

X=iIXi

con Xi compacto para cada iI. Por otro lado, sea C una colección de cerrados arbitraria que cumple la propiedad de la intersección finita. A continuación, aplicamos el lema 7 para obtener una colección maximal D con la propiedad de la intersección finita. Entonces, queremos demostrar que

DDDDDDCCC

para verificar la compacidad de X haciendo uso de la proposición 34.

Para ello, iI, consideramos la colección

{πi(D):DD}

de subconjuntos de Xi. Esta colección tiene la propiedad de la intersección finita ya que, al ser la proyección una función continua, si tomamos πi(D1),,πi(Dn) entonces πi(D1)πi(Dn)πi(D1Dn) [2]. Como Xi es compacto, por la proposición 34:

DDπi(D),

véase xiDDπi(D). Tomamos xiIXi. Queremos llegar a que xDDD.

Así, para todo DD sabemos que xiπi(D) [3], por tanto, dado UiE(xi), se tiene por una caracterización que Uiπi(D). Entonces yD tal que πi(y)Ui, implicando que yπi1(Ui)D, por lo que corta a todos los DD.

Por el lema 8.2., deducimos que πi1(Ui)D, es decir, los elementos subbásicos de la topología producto pertenecen a D. La intersección finita de estos elementos compone los elementos básicos que contienen a x, y por el lema 8.1., también pertenecerán a D. Como D tiene la propiedad de la intersección finita cada elemento básico U que contiene a x cumple que UD para cada DD; por tanto, xD también para cualquier DD.


  1. Este resultado siempre es cierto si el producto es finito; no obstante, no siempre puede extenderse. Dependiendo de si se toma la topología por cajas o la topología producto, la respuesta será negativa o afirmativa, respectivamente. ↩︎

  2. Pues D tiene la propiedad de la intersección finita. ↩︎

  3. Ya que está en la intersección. ↩︎