连续
设和为两拓扑空间,一个函数被称为连续的,如果对于中的任意开集,我们有是中的一个开集。函数的连续性不仅取决于函数本身,也取决于定义域和值域的拓扑结构。
如果由基生成,那么中的任意开集可以写成,其逆映射可以写成。因此,为了证明函数是连续的,只需要证明对于所有的基元素,在中是开集。同理我们可以说明,如果由子基生成,那么只需要证明所有的子基的逆映射在中是开集。
在微积分中,我们曾经使用语言定义实数到实数上的连续函数。对于一个连续函数,给定和,是实数轴上的开集,函数的连续性保证存在,使得有:。那么,。注意到是一个基元素,因此属于该拓扑,即为开集。因此,语言定义的连续函数和在这里定理的连续函数并不矛盾。
对于连续性,我们有如下等价定理:
定理:设和是拓扑空间,是一个函数,则以下说法等价:
- 是连续函数
- 对于任意,有
- 对于任意闭集,是中的闭集
- 对于任意和任意的邻域,存在一个的邻域,使得
注:如果 4. 对某点成立,我们说在处连续。
同胚
设和为两拓扑空间,为双射。如果和均连续,那么为一个同胚。
不难看出,对于一个同胚,是开集当且仅当是开集。因此,同胚不仅仅是定义在两个拓扑空间元素上的对应,也是定义在两个拓扑空间的开集的集合(即拓扑)上的对应。因此,上定义的能完全被拓扑决定的性质,经过同胚映射,在上也会有相应的性质。这些性质被称为拓扑性质。
在抽象代数中,同构是两个代数对象(例如群、环)之间的能够保留代数结构的双射。类似的,在拓扑中,同胚是两个拓扑空间之间的能够保留拓扑结构的双射。
设和为两拓扑空间,为单射。令为在下的像集,则可以作为的一个子空间。令为限制值域到的映射,则是一个双射。如果正好是一个同胚,那么称为到的拓扑嵌入,简称为嵌入。
构造连续函数
定理(连续函数构造法则):设为三个拓扑空间,则:
- 将中所有元素映射到单点,则连续
- 如果是的子空间,则内含函数连续
- 如果和都连续,那么连续
- 如果连续,,则连续
- 如果连续,,那么 连续
- 如果连续,,那么 连续
- 如果开集且连续,则连续
对于 7,我们在闭集下也有类似的定理:
定理(粘接引理):令,其中和为中的闭集。令和均连续,如果,定义:
则连续。
该定理给出了一种“拼接”构造连续函数的方式。
定理:令为:,那么是连续函数当且仅当和均为连续函数。我们把和称为的坐标函数。
但是,反过来说,对于,我们并没有一般的准则去判断是否为连续函数。