点集拓扑学-拓扑空间和连续映射.ppt

现代工程数学,第二章 拓扑空间与连续映射,本章教学基本要求,掌握度量空间及度量空间的连续映射的概念掌握拓扑与拓扑空间的概念,并在此空间上建立起来的连续映射,同胚的概念，熟悉几个拓扑空间的例子掌握邻域与邻域系的概念及性质；掌握连续映射的两种定义；掌握证明开集与邻域的证明方法 掌握闭集和闭包等相关概念.,重点：拓扑空间,同胚映射,拓扑的建立和证明. 难点：拓扑空间,同胚映射,2.1 度量空间与连续映射,一. 度量空间,1. 度量空间的定义,定义2.1. 设 为集合, 为一映射,如果对于任何x，y，zX，有:,例2.1 对于实数集合R ,定义：RRR如下：,对于任意x，yR，令(x，y)=|x-y|,是R的一个度量，因此偶对(R，)是一个度量空间,通常称为实数空间.,定义: 则是 上的一个度量,例2.3 离散的度量空间,设(X,)是一个度量空间如果对于每一个xX，存在一个实数 , 使得 ,对 任意的 都成立, 称(X,)是离散的，或者称是X的一个离散度量.,离散的度量空间或许是我们以前未曾接触过的一类空间，但今后会发现它的性质是简单的,2. 度量空间的其他概念,定义2.2. 设(X,)是一个度量空间，xX 对于任意给定的实数 0，集合: 称为一个以x为中心以 为半径的球形邻域.,定理2.1. 度量空间(X,)的球形邻域具有性质：,1) 对任意xX,至少有一个 .且,2) 对xX的任意两个 ,3) 若 ,则存在 .,定义2.3. 设A是度量空间X的一个子集如果A中的每一个点都有一个球形邻域包含于A（即对于每一个aA，存在实数0使得B(a,) )，则称A是度量空间X中的一个开集,例2.4 实数空间R中的开区间 (a,b)为开集.,例2.5 度量空间 中的开球为开集.,例2.6 a,b=xR|axb,(a.b=xR|axb，a,b)xR|axb,都不是R中的开集,定理2.2. 度量空间(X,)的开集具有以下性质：,(1)集合X本身和空集 都是开集.,(2) 有限个开集的交是一个开集 .,(3)任意一个开集族（即由开集构成的族） 的并是一个开集,定义2.4. 设x是度量空间X中的一个点，U是度量空间X的一个子集如果存在一个开集V满足: ,则称U是点x的一个邻域.,二. 度量空间中的连续映射,定义2.4.,设X和Y是两个度量空间，f : XY，以及,如果对于 的任意一个球形邻域 , 存在 的某一球形邻域 ,使得:,则称映射f 在点 处是连续的.,设X和Y是两个度量空间，f : XY，以及 则下述条件(1)和(2)分别等价于条件 和 ：,定理2.3,的每一个邻域的原象是 的一个邻域.,(2) f 是连续的,Y中每一个开集的原象是X中的一个开集,(1) f 在点 处是连续的.,从这个定理可以看出：度量空间之间的一个映射是否是连续的，或者在某一点处是否是连续的,本质上只与度量空间中的开集有关,一. 拓扑空间的定义,2.2 拓 扑 空 间 与 连 续 映 射,(3) 若 . 则 ,(2) 若A, B . 则AB,(1),常见的拓扑,拓扑空间的开集和度量空间的开集有区别,设 是一个度量空间, 则称 为由度量 诱导的拓扑, 是由度量空间 诱导的拓扑空间.,例2.2 离散空间,设X是一个集合令 =P (X)，即由X的所有子集构成的族容易验证， 是X的一个拓扑，称之为X的离散拓扑；可知，在离散空间（X, ）中，X的每一个子集都是开集,例2.3 有限补空间可数补空间,二. 邻域与邻域系,定义2.6 设(X， )是一个拓扑空间，xX如果U是X的一个子集，满足条件：存在一个开集V 使得 , 则称U是点x的一个邻域,如果U是包含着点x的一个开集，那么它一定是x的一个邻域，于是我们称U是点x的一个开邻域,定理2.4 拓扑空间X的一个子集U是开集的充分必要条件是U是它的每一点的邻域，即只要xU，U便是x的一个邻域,定理2.5 设X是一个拓扑空间xX, 为x的 邻域系,则:,(1) 对于任何xX， ,如果 则xU,(2) 如果 ,则UV .,(3) 如果 ,并且 , 则: .,(4) 如果 ,则存在 .满足:,(a) , (b) 对于任何yV,有,三. 拓扑空间中的连续映射和同胚映射,定理2.6 f 是连续的 充分必要条件是Y中开集的原象是X中的开集,定理2.7 设X，Y和Z都是拓扑空间则,(1)恒同映射： : XX是一个连续映射；,(2)如果f : XY和g:YZ都是连续映射， 则 gof : XZ也是连续映射,(3)常值映射： : 是一个连续映射；,(4)从离散空间到任何空间的映射都是连续的,(5)从X到平凡空间的任何映射都是连续的,定义2.8 设X和Y是两个拓扑空间如果 f ：XY是一个一一映射，并且 f 和 ：YX都是连续的，则称 f 是一个同胚映射或同胚,定理2.8 设X，Y和Z都是拓扑空间则,(1)恒同映射： : XX是一个同胚映射；,(3)如果f : XY和g:YZ都是同胚映射， 则 gof : XZ也是同胚映射,(2)如果f ：XY是一个同胚，则 ： YX 也是一个同胚；,定义2.9 设X和Y是两个拓扑空间如果存在一个同胚f ：XY，则称拓扑空间X与拓扑空间Y是同胚的，或称X与Y同胚，或称X同胚于Y,定理2.9 设X，Y和Z都是拓扑空间则 （1）X与X同胚； （2）如来X与Y同胚，则Y与X同胚； （3）如果X与Y同胚，Y与Z同胚， 则X与Z同胚,四. 子空间的概念,定义2.10 设(X， )是一个拓扑空间， 令 ,则 是A上的拓扑,拓扑空间 称为 的子空间.,定理2.10 设X，Y，Z都是拓扑空间如果Y是X的一个子空间，Z是Y的一个子空间，则Z是X的一个子空间,拓扑空间 的任何子集都可以看作拓扑 空间,即子空间,定理2.11 设 是拓扑空间, (1) 若B是X中的开集,则B也是A中的开集. (2) 若A是X的开集,B是A的开集,则B也