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定义1.10 称为X1×X2上的乘积拓扑,称为(X1,τ1)和(X2,τ2)的乘积空间.简记为X1×X2.
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用类似的方法可以规定有限个拓扑空间(Xi,τi)(i=1,…,n)的乘积空间X1×X2×…×Xn它的拓扑由={U1×U2×…×Un|Ui∈τi,i=1,…,n}所生成,请读者自己验证.
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拓扑空间的“乘积”运算具有结合律,即
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X1×X2×X3=(X1×X2)×X3=X1×(X2×X3).
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无穷多个拓扑空间{(Xλ,τλ):λ∈Λ}的乘积空间的定义要麻烦一些.{Xλ:λ∈Λ}的笛卡儿积规定为
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这里记号表示集合族{Xλ:λ∈Λ}的无交并(参见第87页).其上的拓扑通常有两种,它们分别由和且除去有限个λ外,Uλ=Xλ}所生成.最常用的是第二种,称为乘积拓扑(或Тихонов拓扑),它保留有限乘积空间的更多的性质.下面我们将只讨论有限乘积空间.
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3.2 乘积空间的性质
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由乘积拓扑的定义直接得到投射ji:X1×X2→Xi的连续性.ji还是开映射(习题3).设Y是任一拓扑空间,f:Y→X1×X2是一映射.称fi=jif:Y→Xi(i=1,2)为f的两个分量(映射).于是f与它的两个分量互相决定.
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定理1.3 对于任何拓扑空间Y和映射f:Y→X1×X2,f连续f的分量都连续.
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证明 .因为ji连续,所以当f连续时,复合映射fi=jif也连续(i=1,2).
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.设Ui∈τi(i=1,2),则(Ui)都是Y的开集.容易看出f(y)∈U1×U2fi(y)∈Ui(i=1,2),因此f-1(U1×U2)=,它是Y的开集.对于X1×X2中一般的开集W,有其中Ui,α∈τi,∀α∈.于是
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也是Y的开集.因此f是连续的. ▎
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对于任何多个拓扑空间的乘积空间(无穷情形用乘积拓扑),定理同样成立.还可证明,X1×X2上使定理能成立的拓扑只有乘积拓扑.
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推论 ∀b∈X2,由x↦(x,b)规定的映射jb:X1→X1×X2是嵌入映射.
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