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(3)当ab有意义时,有意义,且
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道路概念不仅在定义道路连通时有用,它也是代数拓扑学中一个重要的基本概念,是建立基本群的基础.
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5.2 道路连通空间
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定义2.11 拓扑空间X称为道路连通的,如果∀x,y∈X,存在X中分别以x和y为起点和终点的道路.
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例1 En是道路连通的,一般地若A是En中的凸集(即A满足:对A中任意两点x,y,线段则A是道路连通的.∀x,y∈A,可作道路a为a(t)=(1-t)x+ty,∀t∈I.a分别以x,y为起点和终点.
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作为运动,上述道路是从x匀速地走向y.以后对于En中的有方向的直线段、折线段以及圆弧都自然地看作这种匀速道路.如道路是表示像点匀速地从A出发沿折线段走到D的道路.
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例2 §4开头的例1中的X不是道路连通的.下面我们证明:如果X上的道路a的起点a(0)∈B,则a(I)⊂B.从而B中的点不能与A中点用道路连结.
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记J=a-1(B),它是I的非空闭集,只须再证J是开集,就可从I的连通性推出J=I,从而a(I)⊂B.设t∈J,则a(t)∈B,不妨设a(t)=(0,y),y≠-1.这时,§4例7中所定义的U就是a(t)的开邻域(图2-9).由a的连续性,存在t的邻域W,使得a(W)⊂U.不妨可设W连通(因为I是局部连通的),于是a(W)连通,从而a(W)包含于U的含a(t)的连通分支B{(0,-1)}中.这样W⊂J,t是J的内点,J是开集.
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§4中已经说明X是连通的.这个例子说明道路连通与连通是两个不同的概念.下面的命题说明它们的联系.
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图2-9
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命题2.27 道路连通空间一定连通.
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证明 设X道路连通.∀x0,x1∈X,则有X中道路a,使得a(i)=xi,i=0,1.于是x0,x1在X的同一连通子集a(I)中,从而它们属于同一连通分支.这样X只有一个连通分支,即X连通. ▎
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道路连通空间也具有连通空间的某些性质.如
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命题2.28 道路连通空间的连续映像是道路连通的.
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证明 设X道路连通,f:X→Y连续.∀y0,y1∈f(X),取xi∈f-1(yi),i=0,1.由于X道路连通,有道路a,使得a(i)=xi,i=0,1.于是fa是f(X)中的道路,且fa(i)=yi,i=0,1.这就证明了f(X)是道路连通的. ▎
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道路连通性也是可乘的(本节习题3).此外,对于道路连通性也有相当于命题2.23的结果(容易从下面对道路连通分支的讨论中推得).但命题2.22对道路连通不成立.例2中的是道路连通的,但不道路连通.
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5.3 道路连通分支
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