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证明 .由于p连续,当g连续时,复合映射gp也连续(见右图所示的交换图表).
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.须要对Y的任一开集V,验证g-1(V)是X/~的开集.这是因为p-1(g-1(V))=(gp)-1(V)是X的开集(根据gp连续),按商拓扑的定义,g-1(V)确是开集. ▎
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现在用商空间的观点来看§1中的“粘合”方法.以环面T2为例.记X是用来粘制T2的圆柱面.粘合过程规定了从X到T2的连续映射f.记~是粘合决定的等价关系,g:X/~→T2是相应的一一对应关系,于是f=gp.因为f连续,所以g连续(定理3.1).由于X紧致和p连续,X/~是紧致的,而T2是Hausdorff空间.根据定理2.6,连续的一一对应g是同胚.这就是说,在拓扑意义上看,T2就是商空间X/~.这样,我们就可以完全摆脱直观,直接用商空间概念来理解§1中所说的粘合方法了.像射影平面那样不好理解的粘合制作法也就有了明确的意义.反过来粘合法就是商空间这个抽象概念的直观背景.
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下面用商空间概念规定一种常用的空间.
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设A是拓扑空间X的一个子集(通常是闭子集),把A捏为一点(也就是将A看作一个等价类,别的点各自成一等价类),得到的商空间记作X/A.
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对任一拓扑空间X,记CX:=X×I/X×{1},称为X上的拓扑锥.
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如果X⊂En,取a∈En+1En,规定En+1的子集
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aX:={ta+(1-t)x|t∈I,x∈X},
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称为X上以a为顶点的几何锥.
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如果X是En的紧致子集,则(习题10).
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2.2 商映射
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商映射和商空间是密切相关的概念.可以说它们是从不同的角度看同一事物.商映射是从映射的角度观察,更有利于加深认识.
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定义3.2 设X和Y是拓扑空间,映射f:X→Y称为商映射,如果
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(1)f连续;
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(2)f是满的;
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(3)设B⊂Y,如果f-1(B)是X的开集,则B是Y的开集.
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注意到f-1(Bc)=(f-1(B))c,于是,f-1(B)是X的开集f-1(Bc)是X的闭集.由此容易推出(3)等价于:设F⊂Y,如果f-1(F)是X的闭集,则F是Y的闭集.
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(1)与(3)合在一起也就是:B是Y的开集f-1(B)是X的开集.当X/~是X的一个商空间时,粘合映射p:X→X/~满足此条件,并且是满映射,因此是商映射.
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分析定理3.1的证明,用到的正好就是p是商映射这个性质.因此定理3.1可以改写为
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