• 沒有找到結果。

Connectedness

在文檔中 一些特殊的拓樸性質 (頁 47-57)

內部, 外部以及邊界

3.1. Connectedness

一些特殊的拓樸性質

一 , 一些特殊的拓樸性質, connectedness, compactness 以及

Haus-dorff property. 些性質 一 的 topological space 的性質,

的拓樸 的性質. 些性質 以 的 些拓樸

的 特性.

的. 以前 一 ,R 的, . R standard topology

的. 的, 的 性, 的 .

一些 connected ( disconnected) topological space 的性質.

些性質 的 , 一 , 的 .

, X disconnected, U, V 的 open sets U∩ V = ∅ and

X = U∪ V.

Uc = X\ U = (U ∪ V) \ U = V \ U = V \ (U ∩ V) = V.

U open, 以 Uc closed, V closed. 一 及一

open closed , clopen.V X 的 clopen set ( U

clopen). X disconnected , X ∅ 外, X 的 clopen set.

, U( X 的 clopen set, V = Uc, V 的 open set U∩ V = ∅

X = U∪ V. 以 的性質.

Proposition 3.1.2. X topological space, X connected X X

∅ 外 open closed 的 .

Question 3.1. topological space X disconnected W, Z 的 closed sets W∩ Z = ∅ X = W∪ Z.

一 boundary 拓樸 一 S clopen S 的

boundary , 以 Proposition 3.1.2, 以 .

Corollary 3.1.3. X topological space, X connected

X 的 S , bd(S ), ∅.

論 “ ” connected, 論 “ ” separated 的 . 拓樸 ,

S, T separated sets, S ∩ T = ∅ ( 的 拓樸). R

的 (0, 1) [1, 2), , 1 一 , 一 的.

(0, 1) (1, 2), 1 一 .

S, T 的, S T , S T 的邊界,

S ∩ (T ∪ (bd(T))) = ∅. T∪ (bd(T)) = cl(T), 以 的 S ∩ (cl(T)) = ∅.

S ∩ (cl(T)) = ∅ T ∩ (cl(S )) = ∅. R 的 standard topology , S = (0, 1), T = [1, 2) , cl(T ) = [1, 2] S ∩ (cl(T)) = ∅. cl(S ) = [0, 1],

T∩ (cl(S )) , ∅. , T S S 的邊界, S, T

的 . 以 的 .

Definition 3.1.4. X topological space, S, T X 的 subsets. S∩ (cl(T)) = ∅ T∩ (cl(S )) = ∅, S, T separated sets.

一 , separated sets 拓樸 的. Connected topological space

separated sets ? 的 , X connected X

的 separated sets 的 .

Proposition 3.1.5. X topological space, X connected X 的 separated sets S, T X = S ∪ T.

Proof. 論 , X disconnected X

sepa-rated sets S, T X = S ∪ T. X disconnected, Proposition 3.1.2 的

U, V clopen U∩ V = ∅ X = U∪ V. V closed,

V = cl(V), U∩ V = ∅ U∩ (cl(V)) = ∅, V∩ (cl(U)) = ∅.

的 U, V separated sets X = U∩ V.

, X 的 separated sets S, T X = S ∪ T. T ⊆ cl(T),

S ∪ (cl(T)) = X, cl(T )c ⊆ S . S ∩ (cl(T)) = ∅, S ⊆ cl(T)c.

S = cl(T )c X 的 open set. T X 的 open set. S, T , X

disconnected. 

Proposition 3.1.5 topological space XS, T 的 ,

S, T separated sets S, T open sets. 拓樸

disconnected , X 的 的 open ,

separated.

拓樸的性質, . Y = {0, 1}, discrete topology.

f : X → Y continuous, U = f−1({0}) V = f−1({1}) X 的 open set,

X = U∪ V 以及 U ∩ V = ∅. f onto, U, V ,

X disconnected. , X disconnected, 的 open sets U, V

X = U∪ V. g : X→ Y, g(x) =

{ 0, if x ∈ U;

1, if x ∈ V. X = U∪ V U∩ V = ∅, g well-defined function. Y, {0}, {1}, ∅ Y 的 open sets, g−1(Y) = X, g−1({0}) = U, g−1({1}) = V, g−1(∅) = ∅ X 的 open sets, g : X → Y

continuous. X disconnected f : X→ {0, 1} 的

. 以 的 .

Proposition 3.1.6. X topological space Y ={0, 1} discrete topology.

X connected f : X→ Y onto.

Proposition 3.1.6 X connected, f : X → {0, 1}

onto; X disconnected, f : X → {0, 1} onto. ,

一 的 .

Corollary 3.1.7. X, Y topological space X connected, Y disconnected.

f : X→ Y onto.

Proof. . f : X → Y onto. Z ={0, 1} discrete

topological space, Proposition 3.1.6 onto 的 g : Y → Z.

g◦ f : X → Z. f, g continuous, g◦ f continuous. f, g onto,

g◦ f onto. g◦ f : X → Z continuous onto. Proposition

3.1.6 , . 

Question 3.2. X, Y topological space X connected, Y disconnected.

h : Y → X 的 ?

, Proposition 3.1.6 特 {0, 1} 一 discrete

topolog-ical space ? , disconnected topological spaces , 的 ,

的 . Corollary 3.1.7 的 disconnected 的 一

的 disconnected 的 . {0, 1} discrete topological space 一 特 , discrete. discrete topological space, 以 的性質.

Lemma 3.1.8. X discrete topological space Y ={0, 1} discrete topology.

X, f : X → Y onto.

Proof. a∈ X, X , X\ {a} . f : X → Y

f (x) =

{ 0, if x = a;

1, if x , a. f onto X discrete, f continuous,

. 

Question 3.3. Lemma 3.1.8 , 一 的 discrete topological space disconnected?

f : X → Y, f 的 f (X) 一 ( f (x) = b, ∀ x ∈ X), fconstant function.

Proposition 3.1.9. X topological space. X connecteddiscrete topological space Y, f : X → Y constant function.

Proof. X connected topological space. Y discrete topological space.

f : X → Y constant function. Y = f (X) Y 的 subspace topology, Y discrete topological space, g : X → Y

g(x) = f (x), ∀ x ∈ X continuous ( Question 1.10). f constant, Y , discrete topological space Z ={0, 1}, Lemma 3.1.8 h : Y → Z onto. h◦ g : X → Z continuous onto.

Proposition 3.1.6 , f constant function.

, X disconnected topological space, Lemma 3.1.6 Y discrete topological space {0, 1}, f : X → Y continuous onto, f constant

function. 

Question 3.4. X connected topological space Y discrete topological space.

( Lemma 3.1.8) f : X→ Y constant function.

一 性質 , 性質 homeomorphism ,

topological space X 一性質 , X homeomorphic 的

topological space Y, 性質? 性質 , 性質 一 “拓樸性

質”. 前 的 , connected 的性質 一 拓樸性質.

Question 3.5. X, Y topological spaces X, Y homeomorphic. , X connected Y connected.

論一 拓樸的性質, 的 , 些性質 前 的 subspace topology,

disjoint union topology, product space topology 以及 quotient space topology 的 .

, connected 的性質, , .

X, Y 的 topological space. disjoint union space X⨿Y. disjoint union topology XX⨿ Y 的 clopen subset. Proposition 3.1.2 X⨿ Y

connected topological space. product space, 以 的 .

Proposition 3.1.10. X, Y 的 topological spaces, produce space X× Y.

X× Y connected X, Y connected.

Proof. X, Y connected topological spaces. product space X× Y connected. discrete topological space Z ={0, 1}. Proposition 3.1.9,

f : X× Y → Z constant function. (x0, y0) ∈ X × Y, 一 性 f (x0, y0) = 0. hy0 : X → X × Y, hy0(x) = (x, y0).

product space topology 的 , hy0 continuous. f ◦ hy0 : X → Z

一 , X connected 的 以及 Proposition 3.1.9 f ◦ hy0

constant function,

f (x, y0) = f ◦ hy0(x) = f ◦ hy0(x0) = f (x0, y0) = 0, ∀ x ∈ X.

(a, b) ∈ X × Y, f (a, b) = 0, f constant function.

a∈ X, f (a, y0) = 0. la: Y → X ×Y, la(y) = (a, y).

的, la continuous 以及 Y connected, f◦la: Y → Z constant function,

f (a, y) = f ◦ la(y) = f ◦ la(y0) = f (a, y0) = 0, ∀ y ∈ Y.

b∈ Y f (a, b) = 0.

一 , X× Y connected, π1 : X× Y → X 以及 π2 : X× Y → Y onto 的 continuous functions, Corollary 3.1.7 X, Y connected. 

以 Proposition 3.1.10 topological spaces 的

product space 的 . 以 topological spaces 的 product

space 的 , 的 axiom of choice, .

connected quotient space 的 , 以 的 .

Proposition 3.1.11. X topological spacesX 的一 equivalence relation.

X connected, quotient space X/∼ connected.

Proof. quotient space topology 的 quotient map q : X→ X/∼ onto 的 contin-uous function. X connected 以及 Corollary 3.1.7 X/∼ connected.  Question 3.6. X topological spaces ∼ X 的一 equivalence relation.

quotient space X/∼ connected, X connected?

, connected subspace topology 的 .

3.1.2. Connected Subsets. 前 一 topological space connected,

一 topological space 的 subset connected.

, subset topological space. topological space ?

subspace topology .

Definition 3.1.12. X topological spaces S subset. subspace topology S topological space , S connected, S X 的 connected subset; disconnected subset.

的 topological space X, 一 a ∈ X{a} 一 connected.

R 的 standard topology , (0, 1), (1, 2) 的 (0, 1) ∪ (1, 2) disconnected subset.

一 , subspace topology 的 topological space 的 topology

, 以一 connected, 的 space 的 topology . subspace

topology 的 X, Y topological spaces f : X → Y continuous, subspace

topology 的 S ⊆ X subspace topology, f|S : S → Y

continuous. 外 f (S ) Y 的 subset, g : S → f (S ),

g(s) = f (s), ∀ s ∈ S ( f|SS f (S ) 的 ), f (S ) subspace topology, g : S → f (S ) continuous ( Question 1.10). 一

特性, .

Proposition 3.1.13. X, Y topological spaces f : X→ Y continuous. S X 的 connected subset, f (S ) Y 的 connected subset.

Proof. S, f (S ) X, Y 的 subspace.g : S → f (S ), g(s) = f (s),∀ s ∈ S . S connected, g connected topological space S

f (S ) 的 onto. Corollary 3.1.7 f (S ) connected. 

Question 3.7. X, Y topological spaces f : X → Y continuous. S X 的 disconnected subset, f (S ) Y 的 disconnected subset?

connected subsets 的 一 connected (

的 ), connected subsets , 的 connected.

Proposition 3.1.14. X topological space S, S X 的 connected subsets.

S ∩ S , ∅, S ∪ S X 的 connected subset.

Proof. S = S, S ∪ S = S connected. S , S, S ∩ S , ∅,

S ∪ S 一 的 , S ∪ S disconnected. Lemma 3.1.8

continuous onto 的 f : S ∪ S → {0, 1}, {0, 1} discrete topology.

S connected f|S : S → {0, 1} continuous, Proposition 3.1.9 f|S constant function. 一 性 s ∈ S f (s) = 0. f|S : S → {0, 1}

constant function. f : S∪ S→ {0, 1} onto, f (s) = 1,∀ s∈ S. a∈ S ∩ S, f (a) = 0 ( a∈ S ) f (a) = 1 ( a∈ S) ,

S ∪ S connected. 

Question 3.8. X topological space. 以 I index set 的 indexed family{Si}i∈I, Si X 的 connected subset. i, j ∈ I, Si∩ Sj , ∅. ∪

i∈ISi X 的 connected subset.

Question 3.9. X topological space S, S X 的 connected subsets.

S ∩ S connected ?

前 connected 的性質, , 一 的

性質, .

Proposition 3.1.15. X topological space S X 的 connected subset. S ⊆ X S ⊆ S ⊆ cl(S ), S X 的 connected subset.

Proof. S connected, Proposition 3.1.2 , S X 的 subspace topology

, S 的 clopen subset T . U X open 以及 C

X closed U∩ S = C∩ S= T . T , ∅, a∈ T, a∈ U ( T = U∩ S), U a X 的一 open neighborhood, a∈ cl(S ) ( T ⊆ S ⊆ cl(S )),

s∈ U ∩ S .U∩ S S 一 的 open set. 外

C∩ S = C ∩ (S∩ S ) = (C ∩ S)∩ S = (U ∩ S)∩ S = U ∩ S,

U∩ S S 的 closed set, U∩ S S 的 clopen set. S connected 以及 Proposition 3.1.2 S = U∩ S = C ∩ S , S ⊆ C. cl(S ) X S 的 closed set (Theorem 2.2.3), cl(S )⊆ C. S ⊆ cl(S ) T = C∩ S= S.

T , S , S connected. 

Question 3.10. S topological space X 的 connected subset. cl(S ) connected. 外 int(S ) connected ?

Connected topological space 的性質, 以 的 的

( ). 以 topological space X connected , a ∈ X,

a 的 connected subset, a 的 connected component.

a connected component 一 ? 的. {a} a 的

一 connected subset, 以 a 的 connected subset 一 . a

的 connected subset, a 的 connected subset ,

S ={S ∈ P(X) | a ∈ S S is connected}, D =

S∈SS . aS

, a∈ D. , S, S∈ S a∈ S ∩ S, S ∩ S , ∅.

些 S connected 以及 Question 3.8 的 , D connected.

a 的 connected component 一的. connected component

的 .

Definition 3.1.16. X topological space S X 的 connected subset. X S 外 的 connected subset S , S X 的一 connected component.

, 一些拓樸的 “ ” 的 connected subset connected component.

的 connected subset, 的 connected subset

. 的 的 total order 的 (

), 以 的 “ ” 的 的 . 的 的

的 一 的. 前 的 論 a 的 connected component

a 的 connected subset .

Connected component 以 性質.

Proposition 3.1.17. X topological space.

(1) X 的 connected components X 的一 partition.

(2) X 的 connected component X 的 closed subset.

(3) S X 的 connected subset, 一的 connected component S . Proof. (1) X 的 connected components X 的一 partition,

. 一: 的 a∈ X connected component . 前 的 論

. : 的 connected component . S, S 的 connected

component S ∩ S , ∅. Proposition 3.1.14 S ∪ S connected. S connected component 的性質, S = S ∪ S, S ⊆ S . S connected component, S= S . S , S , S ∩ S =∅.

(2) S X 的一 connected component. S connected, Proposition 3.1.15 cl(S ) connected. S closed ( S ( cl(S ), cl(S ) S

connected set, S connected component , S closed.

(3) S connected. a ∈ S .connected component C

a ∈ C. S ∩ C , ∅ S, C connected, Proposition 3.1.14 S ∪ C

connected. C connected component C = C∪ S , S ⊆ C, S

connected component C. C, C S 的 connected component S ⊆ C ∩ C C∩ C , ∅. C, C connected C∪ C connected. C connected component C = C∪ C, C⊆ C. C ⊆ C, C = C, 一性.  Question 3.11. X topological space X connected component.

X 的 connected component X 的 open subset.

Question 3.12. X topological space S ⊆ X.

E = {C ∈ P(X) | S ⊆ C C is connected}.

(1) S connected. ∪

C∈EC S 一的 connected component.

(2) S disconnected. ∪

C∈ECS 的 connected

component?

Proposition 3.1.17 connected component 一 closed set. 一 拓

樸 connected component open set. 拓樸 的 .

Definition 3.1.18. X topological space. a ∈ X 及 的 open neighborhood U a 的 open neighborhood V V ⊆ U V connected. X

locally connected space.

R standard topology , R 的 connected, 以

standard topology R locally connected space. locally connected space

“ 部” 的性質, space connected. locally connected space

connected space 的拓樸性質. 以 一 topological space

connected locally connected. 的 (0, 1) ∪ (1, 2) R 的 standard topology 的 subspace disconnected, locally connected. 外 一 topological space connected locally connected. 的 “topologist’s sine curve” R2的 standard topology 的 subspace connected, locally connected.

Topologist’s sine curve 一 的拓樸 , 的 以 一 拓樸 的

, .

locally connected space 的 connected component open set.

X locally connected space. X 的 connected component S , a∈ S . X a 的一 open neighborhood, locally connected 的性質, a 的 open neighborhood V connected. S ∩ V , ∅ S, V connected, S ∪ V connected. S connected component, S ∪ V = S , V ⊆ S .

a∈ S , a 的 open neighborhood V V ⊆ S , S open set.

以 的 .

Proposition 3.1.19. X locally connected topological space, X 的 connected component X 的 open subset.

Proposition 3.1.19 的 , Xa connected open neighborhood 性質, X 的 connected component open.

, 一 connected open neighborhood, locally connected 的 .

Locally connected space , 以 以 的性質.

Proposition 3.1.20. X topological space. X locally connected X 的 open set一些 X 的 connected open sets 的 .

Proof. X locally connected S X 的 open subset. a ∈ S , S

open X locally connected, Va X 的一 connected open set

a∈ Va 及 Va⊆ S .a∈SVa= S , S一些 X 的 connected open sets

的 .

, X 的 open set 以 一些 connected open sets 的 . a∈ X, U a 的 open neighborhood. U 以 一些 connected open sets 的 , indexed family {Vi}i∈I i∈ I, Vi X 的 connected open set, U =

i∈IVi. i∈ I a∈ Vi. Vi a 的一 connected open neighborhood

Vi ⊆ U, X locally connected. 

3.1.3. Connectedness of R. R standard topology connected.

的 , 一些 , ,

的 least upper bound property. 的 , 界, “

界”. 的 界, “ 界”.

(a, b) connected. ,

的 open set U, V (a, b) = U ∪ V U∩ V = ∅, .

c∈ U, a< c < b. S ={r ∈ R | [c, r) ⊆ U}. U open, c∈ U, ε > 0, (c− ε, c + ε) ⊆ U. c +ε ∈ S , S 的 .

U⊆ (a, b), r ∈ S , [c, r) ⊆ (a, b), r≤ b, b S 的一

界. l∈ R S 的 界. S 的S , l∈ S ,

[c, l) ⊆ U. x ∈ [c, l), x < l l S 的 界,

r∈ S x< r < l ( x S 的 界, l 界 ) [c, r) ⊆ U,

x ∈ U, [c, l) ⊆ U. , l S 的 界, 以 l< U. l∈ U,

U open, ϵ > 0 (l− ϵ, l + ϵ) ⊆ U, [c, l + ϵ) ⊆ U,

l +ϵ ∈ S , l S 的 界 . l = b. l≤ b ( b S 的

界), l, b, l< b. l∈ (a, b) = U ∪ V 以及 l < U, l∈ V. V open, γ > 0 (l− γ, l + γ) ⊆ V. [c, l) ∩ (l − γ, l + γ) ⊆ U ∩ V,

U∩ V = ∅ 的 . l = b, [c, b) ⊆ U. ,

(a, c] ⊆ U. (a, b) = (a, c] ∪ [c, b) = U ( V =∅). (a, b) connected.

(a, b) connected 以及 Proposition 3.1.15 [a, b), (a, b] 以及 [a, b]

connected. Question 3.8, (a, ∞), [a, ∞), (−∞, a), (−∞, a] 以及 R

connected. 以 的 .

Proposition 3.1.21. R 的 standard topology., , ,

以及R connected.

Question 3.13. Proposition 3.1.21 的 .

Proposition 3.1.21 的 的, R 的 connected subsets

的 , , , 以及R . R 的 connected subsets 以

的性質.

Proposition 3.1.22. R 的 standard topology. S R 的 connected subsets a, b ∈ S a< b. a< c < b, c∈ S .

Proof. , c < S . R 的 U = (−∞, c), V = (c, ∞).

subspace topology , U∩ S S 的 open set ( a∈ U ∩ S ). V∩ S S 的 open set. S = (U∩ S ) ∪ (V ∩ S ) (U∩ S ) ∩ (V ∩ S ) = (U ∩ V) ∩ S = ∅,

S disconnected. S connected 的 , c∈ S . 

以 Proposition 3.1.22 R 的 connected subsets. , S R 的

connected subset 界 界. R 一 c, S 界, b∈ S

c< b. S 界, a∈ S a < c, Proposition 3.1.22, c ∈ S .

S =R. , R connected 的 . , S

R 界 界的 connected subset, 一 的 S =R. R

界 界的 connected subset, 以 R connected. R

connected 前 least upper bound property 的性質 .

Question 3.14. Proposition 3.1.22 S R 界的 connected

subset, a, b ∈ R S (a, b), [a, b), (a, b] [a, b] ( least upper bound

greatest lower bound). S connected, S 界 界

以及 S 界 界 , S 的 .

R 的 connected subsets 些, 以 一些 的

的性質. 以 Proposition 3.1.9 f :R → R , f (R) ⊆ Z,

f constant function; Proposition 3.1.13 的 .

在文檔中 一些特殊的拓樸性質 (頁 47-57)

相關文件