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(2)若A是x的邻域,则当fA在x连续时,f在x也连续.
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证明 (1)设V是fA(x)=f(x)的邻域,则f-1(V)是x在X中的邻域,即存在开集U,使得x∈U⊂f-1(V).而(V)=A∩f-1(V)⊃A∩U,这里A∩U是A的包含x的开集.这就验证了fA在x的连续性.
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(2)设V是f(x)的邻域,根据条件存在A中的开集UA,使得x∈UA⊂(V)=A∩f-1(V).设UA=U∩A,其中U是X的开集.则U∩也是X的开集,且x∈U∩⊂UA⊂f-1(V).因此f在x连续. ▎
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此命题的(2)说明f在某点x处的连续性只与f在x附近的情形有关.
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定义1.7 如果映射f:X→Y在任一点x∈X处都连续,则说f是连续映射.
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连续映射具有“整体性”的描述方式.
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定理1.1 设f:X→Y是映射,下列各条件互相等价:
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(1)f是连续映射;
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(2)Y的任一开集在f下的原像是X的开集;
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(3)Y的任一闭集在f下的原像是X的闭集.
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证明 (1)(2)设V是Y的开集,U=f-1(V).∀x∈U,V是f(x)的邻域,由于f在x连续,x是U的内点.由x的任意性,是开集.
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(2)(3)设f是Y的闭集,则fc是开集,因此f-1(fc)是X的开集.于是f-1(f)=(f-1(fc))c是X的闭集.
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(3)(1)要说明f在任一点x∈X处连续.设V是f(x)的邻域,U=f-1(V).因为是开集(闭集的原像是闭集),且所以U是x的邻域.由定义,f在x连续. ▎
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虽然拓扑空间中也有序列收敛的概念,但不能用它来刻画连续性.事实上,如果f:X→Y在x∈X处连续,则当xn→x时,必有f(xn)→f(x)(习题6).但逆命题不成立.例如设f:X→Y是单映射,其中X是具有余可数拓扑的不可数空间,Y是离散拓扑空间.于是,当X中序列xn→x时,对充分大的n,有xn=x,从而f(xn)→f(x).但f在x并不连续,{f(x)}是f(x)的邻域,但其原像为{x}(因为f是单的),并不是x的邻域.
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2.2 连续映射的性质
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先指出几个简单而常见的连续映射.
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显然,恒同映射id:X→X(即id(x)=x,∀x∈X)是连续映射.
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设A是X的子空间,记i:A→X是包含映射(即i(a)=a,∀a∈A),则i是连续映射,因为当U是X的开集时,i-1(U)=A∩U是A的开集.
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