学习笔记 - 拓扑学(八)

商映射

定义(商映射):令XY为两拓扑空间,令p:X\to Y为一个满射函数,则p被称为一个商映射,如果U\subset Y是开集当且仅当p^{-1}(U)\subset X是开集。

我们可以看出,一个商映射一定是一个连续映射;有些数学家也把商映射称为强连续。我们可以用另外一种方式定义商映射:称X的一个子集C在满射p下是饱和的,如果C包含了所有与它自身相交的p^{-1}(\{y\});换言之,如果某个p(x)=p_0x\in C那么所有满足p(y)=p_0的点都在C中;集合U饱和当且仅当p^{-1}(p(U))=U。那么,一个连续的满射p是商映射当且仅当pX中的饱和开集映射到Y中的开集。

接下来介绍两种特殊的商映射。首先,一个函数f:X\to Y开映射/闭映射,如果对于X中的任意开/闭集U,集合f(U)Y中是开/闭的。那么一个连续满射p是商映射如果它是开映射或闭映射。当然,也有商映射既不是开的也不是闭的。

商拓扑与商空间

通过商映射可以在集合上构造商拓扑。

定义(商拓扑):如果X是一个拓扑空间,A是一个集合,且p:X\to A是一个满射,那么存在且仅存在一个A上的拓扑\mathcal{T}使得p是一个商映射。我们把\mathcal{T}叫做由p诱导的商拓扑

显然,\mathcal{T}中的开集为U\subset A使得p^{-1}(U)X中是开集。验证\mathcal{T}是一个开集也很直接。

定义(商空间):令X是一个拓扑空间,X^*X的一个的划分(无遗漏且互斥),令p:X\to X^*X中的元素映射到X^*中包含它的划分集合中,那么p是一个满射,且在p诱导的商拓扑上,X^*X的一个商空间

给定X^*,存在X上的一个等价关系,即X^*中的每个元素为一个等价类。在几何意义上来说,商空间即为把每个等价类中的点“粘”在了一起。

构造商映射

将商映射限制到子空间上的映射不一定是一个商映射,但是我们可以加上一些条件:

定理:令p:X\to Y是一个商映射,AX的一个子空间且对p饱和,令q:A\to p(A)是将p限制到A上的映射,则

  1. 如果AX中的开集或闭集,那么q是一个商映射
  2. 如果p是一个开映射或者闭映射,那么q是一个商映射

我们再来考虑之前的概念与商映射/商空间的关系:

  • 两个商映射的复合是商映射。这个性质证明比较简单。
  • 两个商映射的笛卡尔积不一定是商映射。
  • X的商空间X^*不一定是一个豪斯多夫空间,即使X本身是豪斯多夫空间。

商映射与连续映射

定理:令p:X\to Y是一个商映射,Z是一个空间且g:X\to Z对于每个集合p^{-1}(\{y\}),y\in Y是一个常数。则g诱导了一个映射f:Y\to Z使得f\circ p = g,且f连续当且仅当g连续,f是商映射当且仅当g是商映射。

推论:令g:X\to Z是一个连续满射,X^*是如下集合 X^*=\{g^{-1}(\{z\})~|~z\in Z\} 那么X^*是对X的一个划分。给定X^*上商拓扑,那么有

  1. g诱导了一个连续双射f:X^*\to Z,且如果g是商映射,则f是同胚
  2. 如果Z是豪斯多夫空间,则X^*也是豪斯多夫空间
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