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和平环一样,环面和其他曲面都是一个拓扑等价类中空间的统称.
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1.3 射影平面
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射影平面记作P2,它是射影几何学中的概念.拓扑学中,有几种描述它的方法,其中之一是把圆盘D2(它同胚于矩形面块)的边界S1上每一对对径点(同一直径的两个端点)粘合,得到射影平面(图3-6).这种粘接直观上就不好理解了,在3维欧氏空间中是做不到的,在4维空间中能实现,但也不好想象.我们将在后面说清楚它.
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图3-6
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用“粘合”方法制造新拓扑空间是拓扑学中常用的一种方法.还有许多更复杂的“粘合”,凭直观是不好接受的.例如,把圆盘D2与I的乘积空间D2×I的一端(子集D2×{1})捏为一点,得到的空间的直观形象是一个圆锥体(图3-7).如果用一般拓扑空间X代替D2,得到的空间是什么?又如把环面上的一个经圆和一个纬圆捏在一起成一个点,又会得到什么空间?这些问题都不能靠直观来回答.
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图3-7
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从拓扑学的观点来说,需要有一种描述粘合所得到的新空间(不论它在直观上能否接受)的拓扑的方法.这就是下一节要解决的问题.
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习 题
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1.如果把矩形带先扭转360°,然后把两侧边粘接,得什么空间(图3-8)
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图3-8
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2.证明:沿Möbius带的中腰线割开,所得空间是平环.
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3.如果先将圆柱面拧180°,再弯曲粘接两截口,得什么空间?(图3-9)
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图3-9
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§2 商空间与商映射
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2.1 商空间
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设拓扑空间X上作某种粘合得到新空间.如果把要粘在一起的点称为互相等价的点,X上就有了一个等价关系,每个等价类被粘合为新空间上的一个点.因此新空间的集合就是等价类的集合.一般地,一个集合X上如果有等价关系~,相应的等价类的集合记作X/~,称为X关于~的商集.把X上的点对应到它所在等价类,得到映射p:X→X/~,称为粘合映射.设X已有了拓扑,现在我们来规定X/~上的一个拓扑.
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定义3.1 设(X,τ)是拓扑空间,~是集合X上的一个等价关系.规定商集X/~上的子集族
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