§ 2. Ánh xạ étale
1. Ánh xạ tách
Mệnh đề 1 01MH
Cho X và Y là các không gian tôpô và cho Y là một ánh xạ liên tục. Các tính chất sau là tương đương:
(i) Đường chéo của tích thớ là một không gian con đóng;
(ii) Với mọi không gian tôpô W và mọi cặp ánh xạ liên tục từ W vào X sao cho , tập hợp các điểm sao cho là đóng trong W;
(iii) Với mọi cặp các điểm của X sao cho và , tồn tại một lân cận của trong X và một lân cận của trong X sao cho .
(i)(ii) : Cho là các ánh xạ liên tục từ W vào X sao cho , và cho là ánh xạ suy ra từ và . Tập hợp các điểm sao cho là . Vì liên tục, do đó nó là đóng nếu đường chéo là đóng.
(ii)(i) : Đường chéo là tập hợp các điểm sao cho pr pr. Suy ra từ (ii) áp dụng cho và cho cặp ánh xạ (pr, pr) rằng đường chéo là đóng trong .
(i)(iii) : Cho là một điểm của và cho và lần lượt là các lân cận của và . Điều kiện tương đương với điều kiện , tức là, với . Vì các tập hợp tạo thành một cơ sở các lân cận của trong , điều này chứng minh tính tương đương của (i) và (iii).
Định nghĩa 1 01MI
Cho X và Y là các không gian tôpô. Một ánh xạ liên tục được gọi là tách nếu nó thỏa mãn các điều kiện tương đương của mệnh đề 1.
Mệnh đề 2 01MJ
Cho X, Y, Z là các không gian tôpô và cho và là các ánh xạ liên tục.
a) Nếu và là tách, thì là tách.
b) Nếu là tách, thì là tách.
c) Hơn nữa, giả sử ánh xạ là thực sự và toàn ánh. Khi đó, nếu là tách, thì là tách.
Xét, trong , các không gian con (đường chéo), và . Chúng lần lượt là các tập hợp các điểm của sao cho pr prprprprpr. Nếu là tách, thì đóng trong , do đó cũng đóng trong , do đó b).
Theo mệnh đề 1, (ii), áp dụng cho pr và pr đóng trong nếu là tách. Hơn nữa, nếu là tách, thì đóng trong (mệnh đề 1, (i)), do đó trong , do đó a).
Cuối cùng, ta chứng minh c). Ánh xạ là thực sự (TG, I, p. 73, mệnh đề 4). Không gian con là ảnh ngược của qua ; theo TG, I, p. 72, mệnh đề 3, ánh xạ suy ra từ là thực sự. Vì là tách, đường chéo đóng trong . Do đó, đóng trong . Vì toàn ánh, là đường chéo của . Điều này chứng tỏ rằng là tách.
Nhận xét 1 01MK
Một ánh xạ liên tục đơn ánh là tách.
Nhận xét 2 01ML
Đối với một không gian tôpô X, để X là tách (TG, I, p. 52, định nghĩa 1), điều kiện cần và đủ là ánh xạ của X vào một không gian thu gọn về một điểm là tách. Trong trường hợp này, mọi ánh xạ liên tục từ X vào một không gian tôpô đều là tách (mệnh đề 1, (iii)).
Cho Y là một ánh xạ liên tục và tách. Với mọi điểm của Y, thớ là một không gian tôpô tách (loc. cit.). Tuy nhiên, tồn tại những ánh xạ liên tục không tách mà mọi thớ của chúng đều là những không gian tôpô tách (I, p. 140, bài tập 1).
Nhận xét 3 01MM
Cho là một ánh xạ liên tục và tách. Nếu không gian Y là tách, thì không gian X là tách. Điều này suy ra từ nhận xét 2 và mệnh đề 2 được áp dụng với một không gian Z thu gọn về một điểm.
Nhận xét 4 01MN
Cho là một ánh xạ liên tục và tách, một điểm
của Y và A là một tập con hữu hạn của . Ta hãy chỉ ra rằng tồn tại một họ gồm các tập rời nhau từng đôi một sao cho với mỗi , tập là một lân cận của trong X. Vì vậy, với mỗi tập con của A có hai phần tử, ta chọn một lân cận của và một lân cận của trong X sao cho (mđ. 1, (iii)). Gọi là giao của họ gồm X và các tập với . Tập là một lân cận của trong X, và nếu là hai phần tử phân biệt của A, tập được chứa trong , do đó là rỗng.
Nhận xét 5 01MO
Cho Y là một không gian tôpô. Cho là một họ các tập con của Y và X là không gian tổng của họ . Ánh xạ chính tắc của X vào Y là tách được.
Mệnh đề 3 01MP
Cho là một ánh xạ liên tục và tách được. Mọi tiết diện liên tục của cảm sinh một phép đồng phôi của Y lên một tập con đóng của X.
Cho là một tiết diện liên tục của . Ánh xạ cảm sinh một phép đồng phôi của Y lên không gian con của X (TG, I, p. 22, mđ. 9). Ánh xạ đồng nhất của X và ánh xạ là liên tục và ta có Id. Vì ánh xạ là tách được, tập , là tập các điểm của X sao cho , là đóng trong X (mđ. 1, (ii)).
Mệnh đề 4 01MQ
Cho
X
B
là một bình phương Descartes. Nếu ánh xạ là tách được, điều tương tự cũng đúng với . Ngược lại, nếu là tách được và nếu là ngặt phổ quát và toàn ánh, thì là tách được.
Xét bình phương
B
trong đó ánh xạ được cảm sinh bởi ánh xạ . Nhắc lại (I, p. 13, ví dụ 1) rằng bình phương này là Descartes và ta có .
Nếu ánh xạ là tách được, tập là đóng trong ; do đó, là một tập con đóng của , điều này chứng minh rằng ánh xạ là tách được.
Nếu ánh xạ là toàn ánh, ánh xạ là toàn ánh (I, p. 10, cor.) ; nếu là ngặt phổ quát, là ngặt (I, p. 20, def. 6). Giả sử ánh xạ tách được. Khi đó là đóng trong . Vì và vì là toàn ánh và ngặt, là đóng trong , điều này chứng minh rằng ánh xạ tách được.
Mệnh đề 5 01MR
Cho X, Y, Z là các không gian tôpô và là các ánh xạ liên tục. Giả sử ánh xạ tách được và ánh xạ là thực sự. Khi đó ánh xạ là thực sự.
Xét bình phương Descartes sau:
Y
pr
X .
Gọi là ánh xạ . Nó là một tiết diện liên tục của pr. Theo mệnh đề 4, ánh xạ pr tách được; suy ra ánh xạ là thực sự (I, p. 27, prop. 3 và TG, I, p. 72, prop. 2). Mặt khác, ánh xạ pr là thực sự (I, p. 17, prop. 8). Do đó ánh xạ , bằng pr, là thực sự (TG, I, p. 73, prop. 5).
2. Các ánh xạ étale
Định nghĩa 2 01MS
Cho E và B là các không gian tôpô, cho là một ánh xạ và là một điểm của E. Ta nói rằng ánh xạ là étale tôpô tại nếu tồn tại một lân cận U của trong E và một lân cận V của trong B sao cho cảm sinh một phép đồng phôi từ U lên V.
Ta nói rằng ánh xạ là étale tôpô nếu nó étale tôpô tại mọi điểm của E.
Khi không thể có nhầm lẫn, cf. ví dụ 3 dưới đây, ta sẽ nói étale thay cho étale tôpô. Thay vì nói rằng là một ánh xạ étale, người ta cũng nói rằng B-không gian là một B-không gian étale, hoặc đơn giản E là một không gian trải trên B, khi không có nghi ngờ nào về ánh xạ .
Nhận xét 1 01MT
Tập hợp các điểm của E tại đó một ánh xạ là étale là một tập mở U của E, và hạn chế của lên U là một ánh xạ étale từ U vào B.
Nhận xét 2 01MU
Một ánh xạ étale là liên tục và mở (TG, I, p. 33, prop. 5) ; đặc biệt, ảnh của một ánh xạ étale là mở. Ngược lại, nếu là một ánh xạ liên tục và mở, và nếu mọi điểm của E có một lân cận V sao cho ánh xạ là đơn ánh, thì ánh xạ là étale. Các thớ của một ánh xạ étale là rời rạc.
Ví dụ 1 01MV
Cho B là một không gian tôpô và là một họ các tập con của B. Gọi E là không gian tổng của họ và là ánh xạ suy ra từ các phép nhúng chính tắc của các vào B. Để ánh xạ là étale, điều kiện cần và đủ là các , đều mở.
Ví dụ 2 01MW
Cho U là một tập mở của . Để một hàm chỉnh hình là một ánh xạ étale, điều kiện cần và đủ là đạo hàm của nó không triệt tiêu ở đâu cả.
Ví dụ 3 01MX
Một cấu xạ étale của các đa tạp (VAR, R, 5.7.8) là một ánh xạ étale tôpô, nhưng tồn tại các cấu xạ của các đa tạp thực là étale tôpô nhưng không phải là các cấu xạ étale. Chẳng hạn, đây là trường hợp của ánh xạ từ vào . Tuy nhiên, một cấu xạ của các đa tạp giải tích phức mà étale tôpô thì là một cấu xạ étale (I, p. 141, exerc. 6).
Mệnh đề 6 01MY
Cho X, Y, Z là các không gian tôpô và là các ánh xạ.
a) Giả sử rằng và là étale; khi đó là étale.
b) Giả sử rằng là étalé, liên tục và là mở. Khi đó là mở.
c) Giả sử rằng và là étalé và liên tục. Khi đó ánh xạ là étalé.
d) Giả sử rằng là étalé và ánh xạ liên tục và mở; khi đó là étalé và là étalé tại mọi điểm của .
Ta chứng minh a). Giả sử các ánh xạ và là étalé. Khi đó chúng liên tục và mở, do đó ánh xạ liên tục và mở. Cho là một điểm của X. Tồn tại một lân cận W của trong Y sao cho ánh xạ đơn ánh, và một lân cận V của
trong X, được chứa trong , sao cho ánh xạ đơn ánh; khi đó ánh xạ đơn ánh. Điều này chứng minh rằng ánh xạ là étalé (nhận xét 2).
Ta chứng minh b). Cho là một điểm của X và W là một lân cận mở của sao cho cảm sinh một phép đồng phôi từ W lên tập mở . Cho V là một lân cận của sao cho được chứa trong W; khi đó là một lân cận của , do đó là một lân cận của trong tập mở W, và cũng trong Y. Điều này chứng minh rằng ánh xạ là mở (TG, I, p. 33, mệnh đề 5).
Ta chứng minh c). Theo b là mở. Cho là một điểm của X. Vì là étalé, tồn tại một lân cận V của trong X sao cho đơn ánh. Do đó, đơn ánh và là étalé (I, p. 29, nhận xét 2).
Ta chứng minh d). Cho là một điểm của X và đặt . Tồn tại một lân cận mở V của sao cho cảm sinh một phép đồng phôi từ V lên tập mở . Vì ánh xạ là mở, là một lân cận mở của . Ánh xạ suy ra từ bằng cách chuyển qua các không gian con là liên tục, mở và song ánh; do đó nó là một phép đồng phôi, vậy là étalé tại . Hơn nữa, ánh xạ cảm sinh một phép đồng phôi từ lên , do đó là étalé tại .
Hệ quả 1 01MZ
Cho B là một không gian tôpô. Một B-cấu xạ từ một B-không gian étalé vào một B-không gian étalé khác là étalé.
Điều này suy ra từ mệnh đề c) của mệnh đề 6.
Hệ quả 2 01N0
Cho B là một không gian tôpô; một B-cấu xạ song ánh từ một B-không gian étalé vào một B-không gian étalé khác là một B-đẳng cấu.
Theo hệ quả 1, cấu xạ như vậy là étalé; do đó nó là mở (I, p. 29, nhận xét 2). Nếu nó song ánh, thì nó là một B-đẳng cấu.
Hệ quả 3 01N1
Cho là một ánh xạ étalé. Mọi tiết diện liên tục của đều cảm sinh một phép đồng phôi từ B lên một tập con mở của E.
Thật vậy, một tiết diện như vậy là étalé (hệ quả 1), do đó là mở.
Hệ quả 4 01N2
Cho là một ánh xạ étale và tách. Giả sử E liên thông và có một tiết diện. Khi đó là một đồng phôi.
Cho là một tiết diện của ; vì là étale, ảnh của là mở trong E (Hệ quả 3); nó cũng đóng, vì là tách (I, p. 27, Mệnh đề 3). Vì E liên thông, ta có và là một đồng phôi.
Mệnh đề 7 01N3
Cho là một ánh xạ liên tục. Để ánh xạ là étale, điều kiện cần và đủ là nó mở và đường chéo của mở trong .
Trước hết, giả sử ánh xạ là étale. Khi đó nó mở và mọi điểm của E đều có một lân cận V sao cho là đơn ánh, điều này tương đương với việc nói rằng ta có . Do đó là một tập con mở của .
Ngược lại, giả sử là một ánh xạ mở và là một tập con mở của . Cho là một điểm của E. Cho V là một lân cận mở của trong E sao cho được chứa trong . Khi đó là đơn ánh. Theo Nhận xét 2, I, p. 29, ánh xạ là étale.
Mệnh đề 8 01N4
Cho
E
B
là một bình phương Descartes. Nếu ánh xạ là étale, thì ánh xạ là étale. Ngược lại, nếu ánh xạ là étale và ánh xạ là ngặt phổ dụng và toàn ánh, thì ánh xạ là étale.
Giả sử ánh xạ là étale. Khi đó, đặc biệt, nó mở và mở (I, p. 17, Mệnh đề 8). Xét bình phương Descartes (I, p. 13, Ví dụ 1)
. Ta có (loc. cit.). Hơn nữa, đường chéo mở trong (Mệnh đề 7), do đó đường chéo mở trong . Điều này chứng minh rằng ánh xạ là étale (loc. cit.).
Bây giờ giả sử ánh xạ là toàn ánh và ngặt phổ dụng và ánh xạ là étale. Khi đó mở, do đó mở (I, p. 21, Mệnh đề 11, a)). Mặt khác là một tập con mở của . Vì và ánh xạ là toàn ánh và ngặt (I, p. 20, Định nghĩa 6), mở trong . Theo Mệnh đề 7, ánh xạ là étale.
Hệ quả 01N5
Cho B là một không gian tôpô. Tích sợi của hai B-không gian étale là một B-không gian étale.
Cho và là các B-không gian étale. Ánh xạ pr là étale (mệnh đề 8), do đó ánh xạ pr là étale (mệnh đề 6, a)).
Nhận xét 3 01N6
Cho
E
B
là một bình phương Descartes. Nếu ánh xạ là étale và ánh xạ là ngặt, thì ánh xạ là ngặt. Thật vậy, dưới các giả thiết này, mọi điểm của E đều có một lân cận mở U sao cho cảm sinh một phép đồng phôi của U lên tập mở . Khi đó ánh xạ cảm sinh
một phép đồng phôi của lên . Ánh xạ cảm sinh
một ánh xạ ngặt từ lên (I, p. 20) và ánh xạ
do đó cảm sinh một ánh xạ ngặt từ vào U. Suy ra ánh xạ là ngặt ( I, p. 23, hệ quả 2).
3. Tiết diện địa phương của các ánh xạ étale
Cho E và B là các tập hợp, A là một tập con của B và là một ánh xạ. Một tiết diện của trên A (hoặc trên A) là một ánh xạ sao cho là đơn ánh chính tắc của A vào B. Cho một tiết diện của trên A tương đương với việc cho một tiết diện của ánh xạ suy ra từ . Nếu là một tiết diện của trên A và là một tập con của A, hạn chế của trên là một tiết diện của trên . Khi đó người ta nói rằng là một mở rộng của lên A.
Khi E và B là các không gian tôpô và B là một ánh xạ liên tục, tập hợp (I, p. 2) các tiết diện liên tục của trên A cũng được ký hiệu là hoặc . Cho là một tiết diện liên tục của trên A. Ánh xạ cảm sinh một phép đồng phôi của A lên , và cảm sinh phép đồng phôi ngược lại. Theo định nghĩa 2, I, p. 28, do đó ta có:
Mệnh đề 9 01N7
Cho là một ánh xạ liên tục. Để ánh xạ là étale, điều kiện cần và đủ là mọi điểm của E đều có một lân cận mở là ảnh của một tiết diện liên tục của trên một tập con mở của B.
Nhận xét 1 01N8
Cho là một ánh xạ liên tục và mở. Để một tập mở U của E là ảnh của một tiết diện liên tục của trên một tập mở của B, điều kiện cần và đủ là hạn chế của trên U là đơn ánh.
Nhận xét 2 01N9
Cho B là một ánh xạ liên tục. Giả sử mọi điểm của B đều có một lân cận mở V sao cho tồn tại một tiết diện liên tục của trên V. Một ánh xạ như vậy không nhất thiết là étale, thậm chí không nhất thiết là mở. Tuy nhiên, nó là toàn ánh và ngặt phổ quát (I, p. 20, hệ quả).
4. Các nâng liên tục của các ánh xạ étale
Cho và là các ánh xạ liên tục. Một nâng liên tục của lên E là một ánh xạ liên tục sao cho . Tập hợp các nâng liên tục của lên E không gì khác hơn là . Nó cũng được đồng nhất với tập hợp các tiết diện liên tục của phép chiếu của không gian Z , pr.
Nếu T là một tập con của Z, một nâng liên tục của lên E xác định trên T là một nâng liên tục của lên E:
Mệnh đề 10 01NA
Cho E, B và Z là các không gian tôpô, là một ánh xạ étale và là một ánh xạ liên tục.
Cho và là các điểm sao cho . Tồn tại một lân cận W của trong Z và một nâng liên tục của lên E, xác định trên W, sao cho .
Tồn tại một lân cận mở V của trong B và một tiết diện liên tục của trên V sao cho (mệnh đề 9). Tập hợp
là một lân cận mở của và ánh xạ là một nâng liên tục của lên E, xác định trên W và sao cho .
Mệnh đề 11 01NB
Cho E, B và Z là các không gian tôpô, và là các ánh xạ liên tục. Cho và là các nâng liên tục của lên E. Gọi W là tập hợp các điểm của Z tại đó và trùng nhau.
a) Nếu ánh xạ là tách, W đóng.
b) Nếu ánh xạ là étale, W mở.
Ta ký hiệu là ánh xạ liên tục . Ảnh của được chứa trong vì và tập hợp W các điểm của Z tại đó và trùng nhau là ảnh ngược qua của đường chéo .
Nếu ánh xạ là étale, đường chéo mở trong (I, p. 31, mệnh đề 7), do đó tập hợp W mở trong Z.
Nếu ánh xạ là tách, đường chéo đóng trong (I, p. 25, định nghĩa 1) và tập hợp W đóng trong Z.
Hệ quả 1 01NC
Nếu không gian Z liên thông và nếu ánh xạ là étale và tách, các nâng liên tục của lên E trùng nhau tại một điểm thì bằng nhau.
Hệ quả 2 01ND
Cho là một ánh xạ étale và tách. Nếu không gian E liên thông, nhóm Aut tác động tự do trên E.
Thực vậy, nếu là một B-cấu xạ, tập hợp các điểm tại đó và Id trùng nhau bằng E hoặc tập rỗng theo Hệ quả 1.
Hệ quả 3 01NE
Cho E, B và Z là các không gian tôpô, cho là một ánh xạ étale và tách được, và cho là một ánh xạ liên tục. Với , 2, cho là một tập con mở ( resp. tập con đóng) của Z và là một nâng liên tục của xác định trên . Giả sử giao là liên thông và tồn tại một điểm của sao cho . Khi đó tồn tại một nâng liên tục của xác định trên mở rộng và .
Theo Hệ quả 1, các hạn chế của và lên bằng nhau. Ánh xạ xác định bởi với , 2) là một nâng liên tục của xác định trên (TG, I, p. 19, Mệnh đề 4).
Trong các kết quả trên, trường hợp riêng trong đó Z = B và Id là quan trọng: khi đó các nâng liên tục của là các tiết diện liên tục của .
Mệnh đề 12 01NF
Cho là một ánh xạ étale. Để ánh xạ tách được, điều kiện cần và đủ là với mọi tập con mở V của B và mọi cặp các tiết diện liên tục của trên V, tập hợp các điểm tại đó và trùng nhau là đóng trong V.
Điều kiện này là cần thiết (Mệnh đề 11, I, p. 34). Ta hãy chứng minh rằng nó là đủ. Cho là một điểm của B, cho và là hai điểm phân biệt của E sao cho . Cho V là một lân cận mở của và là các tiết diện liên tục của trên V sao cho và lần lượt là các lân cận mở của và (Mệnh đề 9). Theo giả thiết, tập hợp W các điểm sao cho là mở trong V, do đó trong B. Các tập hợp và lần lượt là các lân cận mở của và ; chúng rời nhau theo phép dựng. Điều này chứng minh rằng ánh xạ tách được (I, p. 25, Định nghĩa 1).
5. Phép dựng các tiết diện liên tục của các ánh xạ étale
Định lý 1 01NG
Cho , , là các không gian tôpô, cho là một ánh xạ étale và tách, và cho là một điểm của . Cho là một tiết diện của . Giả sử rằng hạn chế của lên là liên tục, và tương tự các hạn chế của lên với mọi cũng vậy. Nếu không gian liên thông và liên thông địa phương (TG, I, p. 84, định nghĩa 4), ánh xạ là liên tục.
Bổ đề 01NH
Cho là một tập hợp mở của , cho là một tập hợp mở liên thông của , và cho . Giả sử rằng hạn chế của lên là liên tục. Cho là một tiết diện liên tục của trên sao cho . Tồn tại một lân cận của sao cho trên . Đặc biệt, liên tục trong một lân cận của .
Vì hạn chế của lên là liên tục và ánh xạ là étale, tồn tại một lân cận của sao cho với mọi I, p. 34, prop. 11, b)). Cho ; vì hạn chế của lên là liên tục và ánh xạ là étale và tách, theo Hệ quả 1, I, p. 34, ta có với mọi . Do đó và trùng nhau trên .
Bây giờ chứng minh định lý. Trước hết, hãy chứng minh rằng ánh xạ liên tục trong một lân cận của mọi điểm của . Cho X; ta có thể chọn một lân cận mở của trong , một lân cận mở liên thông của trong , và một tiết diện liên tục của sao cho . Theo bổ đề trên, liên tục trong một lân cận của .
Bây giờ hãy chứng minh rằng ánh xạ liên tục tại mọi điểm của . Với , ký hiệu là tập hợp các điểm Y sao cho liên tục trong một lân cận của . Theo định nghĩa, tập hợp là mở trong , và chứa theo điều đã chứng minh ở trên.
Ta chứng minh rằng nó đóng trong Y. Xét một điểm của Y dính với , một lân cận mở U của trong X, một lân cận mở V của trong Y, và một tiết diện liên tục của sao cho . Vì hạn chế của lên là liên tục và là étale, tồn tại một lân cận mở của trong Y sao cho với mọi (mệnh đề 11 của I, p. 34). Vì Y liên thông địa phương, ta có thể giả sử rằng liên thông. Vì dính với , tập hợp không rỗng; lấy là một điểm của . Theo bổ đề áp dụng cho , tồn tại một lân cận của được chứa trong U sao cho trên . Điều này chứng minh rằng đóng, vì là một lân cận của . Vì Y liên thông, ta có , và điều này đúng với mọi , do đó định lý.
Hệ quả 1 01NI
Cho X, Y, E, B là các không gian tôpô. Cho là một ánh xạ étale và tách, cho là một ánh xạ liên tục và cho là một điểm của Y. Cho là một ánh xạ sao cho . Giả sử rằng các hạn chế của lên một mặt và, với mọi , lên mặt khác, đều liên tục. Nếu không gian Y liên thông và liên thông địa phương, thì ánh xạ liên tục.
Ký hiệu Z là tích sợi và là các phép chiếu chính tắc. Ánh xạ là étale (I, p. 31, mệnh đề 8) và tách (I, p. 27, mệnh đề 4). Ánh xạ Z được xác định bởi là một tiết diện của thỏa mãn các giả thiết của định lý 1. Do đó nó liên tục, cũng như .
Nhận xét 01NJ
Nếu trong định lý 1 không giả sử rằng không gian Y liên thông địa phương, thì kết luận của định lý không còn nhất thiết đúng (I, p. 141, bài tập 7).
Định lý 2 01NK
Cho B là một không gian tôpô và A là một không gian con của B. Đặt một trong các giả thiết sau:
(i) A có một hệ cơ bản các lân cận paracompact;
(ii) B là paracompact và A đóng;
(iii) B mêtric hóa được;
(iv) A compact và hai điểm phân biệt của A có các lân cận rời nhau trong B.
Khi đó mọi tiết diện liên tục trên A của một ánh xạ étale đều mở rộng thành một tiết diện liên tục của p trên một lân cận của A.
Xét tính chất sau đây (PCV) của cặp :
(PCV) Với mọi phủ của A bởi các tập con mở
của B, tồn tại một lân cận V của A và một họ
hữu hạn địa phương các tập con đóng của V phủ V, sao cho
mỗi được chứa trong một trong các .
Định lý 2 suy ra từ các Bổ đề 1 và 3 dưới đây.
Bổ đề 1 01NL
Mỗi tính chất (i) đến (iv) của định lý 2 đều kéo theo tính chất (PCV).
Cho là một phủ mở của A bởi các tập mở của B. Theo giả thiết (i), tồn tại một lân cận V của A có tính chất paracompact được chứa trong hợp của các , một phủ mở của không gian V, hữu hạn địa phương và mịn hơn phủ , và một phủ mở của không gian V sao cho với mọi , bao đóng của trong V được chứa trong (TG, IX, p. 49, prop. 4 và p. 48, cor. 1 to th. 3). Do đó, trong trường hợp này có tính chất (PCV).
Điều kiện (ii) suy ra điều kiện (i) theo Hệ quả 2 của TG, IX, p. 50. Tương tự, điều kiện (iii) suy ra điều kiện (i): thật vậy, nếu B khả mêtric, mọi lân cận của A đều khả mêtric, do đó có tính chất paracompact (TG, IX, p. 51, th. 4).
Cuối cùng, giả sử điều kiện (iv) được thỏa mãn, và ta chứng minh rằng tính chất (PCV) được thỏa mãn. Vì A compact, chỉ cần xét trường hợp một phủ hữu hạn . Khi đó ta xây dựng bằng quy nạp các tập mở của B thỏa mãn các điều kiện sau với
Giả sử rằng đã được xây dựng thỏa mãn các điều kiện trên với , và ta xây dựng . Các tập K = và là đóng trong A, do đó compact. Theo , chúng rời nhau. Theo giả thiết, với mọi điểm của L và mọi điểm của K, tồn tại các lân cận rời nhau của và trong B. Theo Bổ đề 2 dưới đây, tồn tại các tập mở rời nhau và W trong B sao cho và . Từ các bao hàm và và từ định nghĩa của L, suy ra đúng với . Mặt khác, ta có , do đó .
Tập là đóng và không gặp A theo . Theo , tập M là một lân cận của A trong B. Với , đặt đây là một tập con đóng của V, được chứa trong . Họ là một phủ của V, do đó có tính chất (PCV).
Bổ đề 2 01NM
Cho B là một không gian tôpô, và K và L là các tập con quasi-compact của B. Giả sử rằng với mọi điểm của K và mọi điểm của L, tồn tại các lân cận rời nhau của và trong B. Khi đó tồn tại hai tập mở rời nhau U và V trong B sao cho và .
Cho là một điểm của K. Với mọi , gọi và là các lân cận mở rời nhau của và . Với cố định, họ là một phủ mở của L. Vì không gian này là quasi-compact, tồn tại một họ hữu hạn sao cho hợp của các với chứa L. Giao của các với là một lân cận mở của , vì hữu hạn; hơn nữa, và rời nhau. Các lập thành một phủ mở của K. Vì K là quasi-compact, tồn tại một họ hữu hạn sao cho chứa K. Khi đó là một tập con mở của B chứa L. Bổ đề được chứng minh.
Bổ đề 3 01NN
Cho B là một không gian tôpô và A là một không gian con của B sao cho cặp thỏa mãn tính chất (PCV) của I, p. 37. Khi đó mọi tiết diện liên tục trên A của một ánh xạ étalé đều mở rộng thành một tiết diện liên tục của trên một lân cận của A.
Cho là một ánh xạ étalé và là một tiết diện liên tục của trên A. Với mọi điểm của A, tồn tại một lân cận mở của và một tiết diện liên tục trùng với trên (I, p. 34, Mệnh đề 10 và I, p. 34, Mệnh đề 11). Họ là một phủ của A bởi các tập con mở của B. Gọi V là một lân cận của A trong B, gọi là một họ hữu hạn địa phương các tập con đóng của V phủ V, và gọi là một ánh xạ sao cho được chứa trong với mọi (tính chất (PCV)). Gọi là hạn chế của lên . Gọi W là tập hợp các điểm thỏa mãn với mọi cặp sao cho . Ta định nghĩa một tiết diện bởi nếu . Ta có và . Tiết diện liên tục theo Mệnh đề 4 của I, p. 19.
Còn phải chứng minh rằng W là một lân cận của A trong B. Với mỗi cặp , ký hiệu là tập hợp các điểm sao cho . Tập hợp là đóng trong (Mệnh đề 11, b) của I, p. 34), do đó trong V, và các tập hợp lập thành một họ hữu hạn địa phương các tập con của V. Hợp T của họ do đó là một tập hợp đóng của V (TG, I, p. 6, Mệnh đề 4). Theo định nghĩa, W là phần bù của T trong V. Do đó nó là một lân cận của A trong V và do đó trong B.
6. Cận trên của lực lượng các thớ của một ánh xạ étale và tách
Định lý 3 01NO
Cho E và B là các không gian tôpô và cho là một ánh xạ étale và tách. Giả sử E liên thông và B liên thông địa phương. Cho là một cơ sở của tôpô của B. Khi đó, với mọi điểm của B, ta có Card(E) sup(Card(), Card()).
Vì không gian B liên thông địa phương, tôpô của nó có một cơ sở gồm các tập mở liên thông, chẳng hạn các thành phần liên thông của các tập mở của (TG, I, p. 85, Mệnh đề 11). Theo Bổ đề 4 dưới đây, tồn tại một cơ sở của tôpô của B gồm các tập mở liên thông và sao cho Card() Card().
Bổ đề 4 01NP
Cho B là một không gian tôpô, và cho và là các cơ sở của tôpô của B. Tồn tại một tập con của là một cơ sở của tôpô của B và sao cho Card() Card().
Cho là tập hợp các cặp sao cho tồn tại thỏa mãn ; cho là một ánh xạ sao cho với mọi cặp , và cho là ảnh của . Ta có
Card() Card() Card()
(E, III, p. 25, Mệnh đề 3). Hãy chứng minh rằng là một cơ sở của tôpô của B. Cho x là một điểm của B và U là một lân cận của x. Theo giả thiết, x có một lân cận được chứa trong U, một lân cận được chứa trong và một lân cận được chứa trong . Do đó . Khi đó và là một lân cận của x được chứa trong U. Theo Mệnh đề 3 của TG, I, p. 5, tập hợp là một cơ sở của tôpô của B.
Cho là một cơ sở của tôpô của B gồm các tập mở liên thông khác rỗng và sao cho Card() Card(). Cho là tập hợp các tập mở U của E sao cho cảm sinh một phép đồng phôi từ U lên một tập mở V thuộc . Mọi phần tử của đều là một tập mở liên thông khác rỗng. Vì ánh xạ là étale, theo Định nghĩa 2 (I, p. 28) và Mệnh đề 3 của TG, I, p. 5, tập hợp là một cơ sở của tôpô của E. Ta gọi một dãy sâu róm là một dãy hữu hạn gồm các phần tử của sao cho với khác rỗng và liên thông. Ký hiệu S là tập hợp các dãy hữu hạn gồm các phần tử của và, với mỗi dãy sâu róm , ký hiệu là dãy .
Bổ đề 5 01NQ
a) Cho và là các dãy sâu róm sao cho và . Khi đó .
b) Cho U và là các phần tử của . Khi đó tồn tại một dãy sâu róm sao cho và .
a) Tất yếu, . Với mỗi số nguyên sao cho , đặt và gọi và là các tiết diện liên tục của trên có ảnh tương ứng là và . Để chứng minh đẳng thức , ta sẽ chứng minh, bằng quy nạp theo , đẳng thức với mọi số nguyên sao cho . Theo giả thiết, ta có . Cho sao cho và . Vì chứa một điểm , các tiết diện liên tục và trùng nhau tại , do đó tại mọi điểm của , vì tập này liên thông (Hệ quả 1 của I, p. 34). Điều tương tự đúng đối với và . Vì cùng lý do, và , vốn trùng nhau trên , cũng trùng nhau trên , do đó có kết quả.
b) Nếu và là các điểm của E, ta nói rằng một sâu đo nối với nếu và . Trong tập hợp E, gọi R là quan hệ “tồn tại một sâu đo nối với ”. Quan hệ R phản xạ vì là một phủ của E. Hiển nhiên nó đối xứng. Bây giờ chứng minh rằng nó bắc cầu: cho là ba điểm của E, và lần lượt là các sâu đo nối với và với . Cho là một lân cận của được chứa trong ; ta có , và vì U liên thông, dãy là một sâu đo nối với . Các lớp tương đương theo R là mở, do đó cũng đóng. Vì E liên thông, suy ra bất kỳ hai điểm nào của E cũng luôn được nối bởi một sâu đo.
Bây giờ cho U và là các phần tử của , x là một điểm của U và là một điểm của . Tồn tại một sâu đo nối với . Cho và là các tập mở của sao cho , . Đặt , . Khi đó dãy là một sâu đo.
Bây giờ chứng minh định lý. Cho U là một phần tử của và gọi C là tập hợp các sâu đo sao cho . Ánh xạ từ C vào S, ánh xạ mỗi sâu đo của C vào dãy , là đơn ánh (Bổ đề 5, a)), do đó
(1) Card(C) Card(S).
Ánh xạ từ C vào , ánh xạ vào tập mở , là toàn ánh theo phần thứ hai của Bổ đề 5, do đó (2) Card() Card(C).
Với mỗi điểm của E, ta chọn một tập hợp mở của sao cho . Nếu và là các điểm phân biệt của cùng một sợi của , ta có vì là đơn ánh. Do đó, với , (3) Card(E) Card().
Cuối cùng, nếu là một tập hợp hữu hạn, tập hợp S các dãy hữu hạn gồm các phần tử của là đếm được (E, III, p. 49, prop. 1), do đó
(4) Card(S) Card().
Nếu là vô hạn, ta có
(5) Card(S) = Card() Card() Card()
theo hệ quả của E, III, p. 50 và Hệ quả 1 của E, III, p. 49. Định lý suy ra từ các hệ thức (1) đến (5) ở trên.
Nhận xét 01NR
Từ những điều trên, nếu tôpô của B có một cơ sở đếm được, thì điều tương tự cũng đúng đối với tôpô của E và các sợi của E đều đếm được (cf. TG, I, p. 88, định lý Poincaré-Volterra).
Bài tập
Xem các bài tập của § 2.