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定理3.1a 若f:X→X′是商映射,g:X′→Y是一映射.则g连续gf连续. ▎
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任给映射f:X→Y,规定X中等价关系如下:∀x,x′∈X,若f(x)=f(x′),则说x与等价,记作
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命题3.1 如果f:X→Y是商映射,则
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证明 记是粘合映射.由的意义显然有一一对应使得gp=f,等价地g-1f=p.分别用定理3.1和3.1a,得到g和g-1的连续性.因此g是同胚. ▎
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命题说明,当f:X→Y是商映射时,Y可看作X的一个商空间,而f也就是相应的粘合映射.
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命题3.2 连续的满映射f:X→Y如果还是开映射或闭映射,则它是商映射.
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证明 f已满足(1)和(2).当f是开映射时,如果f-1(B)是X的开集,则B=f(f-1(B))(由(2))是Y的开集,因此(3)成立.当f是闭映射时,可类似地证明(3)的等价条件. ▎
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例如,乘积空间X×Y到X的投射j是满的连续开映射,从而它是商映射.(一般来说它不是闭映射.)
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下面是一个实用价值很大的判定商映射的充分条件.
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定理3.2 如果X紧致,Y是Hausdorff空间,则连续满映射f:X→Y一定是商映射.
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证明 设A是X的闭集,则A紧致,从而f(A)紧致.由于Y是Hausdorff空间,f(A)是Y的闭集.于是f是闭映射.再用命题3.2,f是商映射. ▎
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从定义容易看出,单一的商映射就是同胚.于是定理3.2就是定理2.6的推广.它们的证明方法是类似的.
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命题3.3 商映射的复合也是商映射.
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证明 设f:X→Y和g:Y→Z都是商映射.gf显然是满的连续映射.设C⊂Z,使得(gf)-1(C)是开集.由f是商映射和f-1(g-1(C))=(gf)-1(C),得出g-1(C)是开集,再从g是商映射推出C是开集.因此gf满足条件(3). ▎
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2.3 应用举例
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例1 如图3.10(a)所示粘接矩形的两双对边,得到环面T2.分两步实现粘合.先粘接上下边对a,成一圆柱面,边对b成为它的两个截口.再粘接这两个截口得到T2.两次粘合映射的复合是从矩形到T2的商映射,它恰好实现所要求的粘合.
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类似地,图3.10(b)所示的粘合把矩形变为Klein瓶.
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