2. Các ánh xạ liên tục đều
1. Các ánh xạ liên tục đều
Định nghĩa 1
Một ánh xạ từ một không gian đều vào một không gian đều được gọi là liên tục đều nếu, với mỗi entourage của , tồn tại một entourage của sao cho quan hệ kéo theo .
Nói một cách diễn đạt hơn, ta có thể nói rằng là liên tục đều nếu và gần nhau tùy ý mỗi khi và đủ gần nhau.
Nếu ta đặt , thì Định nghĩa 1 có nghĩa là mỗi khi là một entourage của , thì là một entourage của .
Ví dụ 1
Ánh xạ đồng nhất của một không gian đều vào chính nó là liên tục đều.
Ví dụ 2
Một ánh xạ hằng từ một không gian đều vào một không gian đều là liên tục đều.
Ví dụ 3
Mọi ánh xạ từ một không gian đều rời rạc vào một không gian đều đều là liên tục đều.
Mệnh đề 1
Mọi ánh xạ liên tục đều đều là liên tục.
Đây là một hệ quả ngay lập tức của các định nghĩa.
Mặt khác, một ánh xạ liên tục từ một không gian đều X vào một không gian đều X' không nhất thiết là liên tục đều, \* như được chỉ ra bởi ví dụ , một đồng phôi của lên chính nó, không liên tục đều đối với cấu trúc đều cộng tính. \* (Xem § 4, no. 1, Định lý 2.)
Mệnh đề 2
(a) Nếu và là hai ánh xạ liên tục đều, thì là liên tục đều.
(b) Một song ánh từ một không gian đều X lên một không gian đều X' là một đẳng cấu khi và chỉ khi và ánh xạ nghịch đảo của là liên tục đều.
Điều này suy ra ngay lập tức từ cách giải thích Định nghĩa 1 theo ánh xạ tích .
2. So sánh các cấu trúc đều
Mệnh đề 2 của no. 1 cho thấy rằng ta có thể lấy các ánh xạ liên tục đều làm các cấu xạ của các cấu trúc đều (Lý thuyết tập hợp, Chương IV, § 2, no. 1); từ nay về sau, ta sẽ luôn giả sử rằng các cấu xạ đã được chọn như vậy. Phù hợp với các định nghĩa tổng quát (Lý thuyết tập hợp, Chương IV, § 2, no. 2), điều này cho phép ta định nghĩa một quan hệ thứ tự trên tập hợp các cấu trúc đều trên một tập hợp X đã cho:
Định nghĩa 2
Nếu và là hai cấu trúc đều trên cùng một tập hợp X, thì nói rằng mịn hơn (và thô hơn ) nếu, ký hiệu bởi tập hợp X được trang bị cấu trúc đều (), thì ánh xạ đồng nhất là liên tục đều.
Nếu mịn hơn và phân biệt với , ta nói rằng mịn hơn hẳn (và rằng thô hơn hẳn ).
Hai cấu trúc đều được gọi là so sánh được nếu một trong hai mịn hơn cấu trúc kia.
Ví dụ
Trong tập hợp có thứ tự các cấu trúc đều trên một tập hợp X, cấu trúc đều rời rạc là mịn nhất, và cấu trúc đều thô nhất là cấu trúc mà tập hợp các entourage chỉ gồm một phần tử duy nhất .
Mệnh đề sau là một hệ quả ngay lập tức của Định nghĩa 1 của no. 1:
Mệnh đề 3
Nếu và là hai cấu trúc đều trên một tập hợp X, thì mịn hơn khi và chỉ khi mọi entourage của đều là một entourage của .
Hệ quả
Cho và là hai cấu trúc đều trên một tập hợp X, và giả sử rằng mịn hơn ; khi đó tôpô cảm sinh bởi mịn hơn tôpô cảm sinh bởi .
Nhận xét 1
Có thể xảy ra trường hợp một cấu trúc đều mịn hơn nghiêm ngặt một cấu trúc đều nhưng hai tôpô cảm sinh là đồng nhất. Ví dụ sau cho thấy điều đó:
Cho là một tập hợp không rỗng. Với mỗi phân hoạch hữu hạn của , ký hiệu là
Nhận xét 2
Nếu là một ánh xạ liên tục đều, thì vẫn liên tục đều nếu ta thay thế cấu trúc đều của bằng một cấu trúc đều mịn hơn và cấu trúc đều của bằng một cấu trúc đều thô hơn (no. 1, Mệnh đề 2). Nói cách khác, cấu trúc đều của càng mịn và cấu trúc đều của càng thô thì càng có nhiều ánh xạ liên tục đều từ vào .
3. Cấu trúc đều ban đầu
Mệnh đề 4
Cho là một tập hợp, cho là một họ các không gian đều, và với mỗi cho là một ánh xạ từ vào . Với mỗi gọi là . Cho là tập hợp các tập con của có dạng , trong đó và là một lân cận đều của , và cho là tập hợp mọi giao hữu hạn
của các tập hợp của . Khi đó là một hệ cơ bản các entourage của một cấu trúc đều trên ; cấu trúc này là cấu trúc đều ban đầu trên đối với họ (Lý thuyết tập hợp, Chương IV, § 2, no. 3), và đặc biệt là cấu trúc đều thô nhất trên mà đối với nó mọi ánh xạ đều liên tục đều. Mặt khác, nếu là một ánh xạ từ một không gian đều vào thì liên tục đều (khi được trang bị cấu trúc đều ) nếu và chỉ nếu mỗi ánh xạ đều liên tục đều.
Ta thấy ngay lập tức rằng thỏa mãn các tiên đề và . Nếu , thì và ; do đó cũng thỏa mãn các tiên đề và và vì thế là một hệ cơ bản các entourage của một cấu trúc đều trên . Hơn nữa, từ định nghĩa của và Định nghĩa 1 và no. 1, suy ra ngay lập tức rằng là liên tục đều với mỗi chỉ số ; do đó (no. 1, Mệnh đề 2) là liên tục đều với mỗi nếu là như vậy. Ngược lại, giả sử rằng là liên tục đều với mỗi , và xét một tập hợp ; theo giả thiết, với mỗi sao cho , có một entourage của sao cho quan hệ kéo theo ; nếu
Hệ quả
Tôpô trên được cảm sinh bởi cấu trúc đều thô nhất sao cho các là liên tục đều cũng là tôpô thô nhất sao cho các là liên tục.
Đây là một hệ quả ngay lập tức của định nghĩa các lân cận của một điểm trong tôpô sau này (Chương I, § 2, no. 3, Mệnh đề 4).
Các tính chất tổng quát của các cấu trúc ban đầu (Lý thuyết tập hợp, Chương IV, § 2, no. 3, tiêu chuẩn CST 10) đặc biệt suy ra tính chất bắc cầu sau đây:
Mệnh đề 5
Cho là một tập hợp, cho là một họ các không gian đều, cho là một phân hoạch của và cho là một họ các tập hợp được đánh chỉ số bởi . Với mỗi , cho là một ánh xạ từ vào ; với mỗi và mỗi , cho là một ánh xạ từ vào ; và đặt . Trang bị cho mỗi cấu trúc đều thô nhất sao cho các ánh xạ () là liên tục đều. Khi đó cấu trúc đều thô nhất trên sao cho các là liên tục đều trùng với cấu trúc đều thô nhất trên sao cho các là liên tục đều.
4. Ảnh ngược của một cấu trúc đồng đều; các không gian con đồng đều
Cho là một tập hợp, là một không gian đều, là một ánh xạ từ vào . Cấu trúc đều thô nhất trên mà đối với nó là liên tục đều được gọi là ảnh ngược theo của cấu trúc đều của . Suy ra từ Mệnh đề 4 của no. 3, và từ các công thức cho ảnh ngược của một giao, rằng các ảnh ngược theo của các lân cận của đường chéo của tạo thành một hệ cơ bản các lân cận của đường chéo đối với . Tôpô cảm sinh bởi là ảnh ngược theo của tôpô của (no. 3, Hệ quả của Mệnh đề 4).
Nhận xét
Nếu là toàn ánh, thì các entourage của là các ảnh trực tiếp dưới của các entourage của .
Một ánh xạ từ một không gian đều vào một không gian đều là liên tục đều nếu và chỉ nếu ảnh ngược dưới của cấu trúc đều của thô hơn cấu trúc đều của .
Cho là một tập con của một không gian đều . Cấu trúc đều cảm sinh trên bởi cấu trúc đều của là ảnh ngược của cấu trúc sau dưới đơn ánh chính tắc . Theo Mệnh đề 4 của no. 3, điều này tương đương với định nghĩa sau:
Định nghĩa 3
Cho là một tập con của một không gian đều . Cấu trúc đều trên mà tập các lân cận đều của nó là vết trên của tập các lân cận đều của được gọi là cấu trúc đều cảm sinh trên bởi cấu trúc đều của .
Tôpô cảm sinh bởi cấu trúc đều cảm sinh trên trùng với tôpô cảm sinh trên bởi tôpô của ; tập , cùng với cấu trúc đều và tôpô cảm sinh bởi các cấu trúc tương ứng của , được gọi là một không gian con đều của .
Nếu là một tập con của một không gian đều và nếu là một ánh xạ liên tục đều, thì hạn chế là một ánh xạ liên tục đều từ vào . Nếu sao cho , thì ánh xạ từ vào không gian con đều của , có cùng đồ thị như , lại cũng liên tục đều (no. 3, Mệnh đề 4).
Nếu , thì không gian con đều của đồng nhất với không gian con đều của không gian con đều của (tính bắc cầu của các cấu trúc đều cảm sinh; no. 3, Mệnh đề 5).
Mệnh đề 6
Cho là một tập con trù mật của một không gian đều . Khi đó các bao đóng, trong , của các lân cận đều của không gian con đều tạo thành một hệ cơ bản các lân cận đều của .
trù mật trong (Chương I, § 4, no. 3, Mệnh đề 7). Cho là một entourage mở của ; đó là giao của với một entourage mở của . Ta có (Chương I, § 1, no. 6, Mệnh đề 5), và quan hệ này cùng với chứng minh mệnh đề, theo Hệ quả 2 của Mệnh đề 2 ở § 1, no. 2.
5. Cận trên bé nhất của một tập hợp các cấu trúc đều
Mọi họ các cấu trúc đều trên một tập hợp đều có một cận trên bé nhất trong tập hợp có thứ tự của tất cả các cấu trúc đều trên ; ta chỉ cần áp dụng mệnh đề 4 của no. 3, lấy là tập hợp được trang bị cấu trúc đều , và là ánh xạ đồng nhất . Tôpô cảm sinh bởi chính là cận trên bé nhất của các tôpô cảm sinh bởi các .
Cũng suy ra từ Mệnh đề 4 của no. 3 rằng nếu không rỗng và nếu là bộ lọc các entourage của , thì bộ lọc các entourage của là cận trên bé nhất của các bộ lọc (Chương I, § 6, no. 2).
Ví dụ
Nếu là một phân hoạch hữu hạn bất kỳ của một tập hợp không rỗng , thì tập hợp tự nó tạo thành một hệ cơ sở các entourage của một cấu trúc đều trên (§ 1, no. 1, Ví dụ 2); khi đó cấu trúc đều của các phân hoạch hữu hạn trên (no. 2, Nhận xét 1) là cận trên bé nhất của các cấu trúc đều .
Nhận xét
Một họ các cấu trúc đều trên cũng có một cận dưới lớn nhất trong tập hợp có thứ tự của mọi cấu trúc đều trên , cụ thể là cận trên nhỏ nhất của tập hợp mọi cấu trúc đều trên mà thô hơn từng (những cấu trúc đều như vậy có tồn tại, vì tập hợp mọi cấu trúc đều trên có một phần tử nhỏ nhất). Nhưng (giả sử không rỗng) bộ lọc các lân cận của đường chéo của cấu trúc đều này không nhất thiết là giao của các bộ lọc các lân cận của đường chéo của các , vì bộ lọc sau này không nhất thiết thỏa mãn tiên đề (Bài tập 4).
6. Tích của các không gian đều
Định nghĩa 4
Nếu* là một họ các không gian đều, thì không gian đều tích của họ này là tập hợp tích
Tôpô cảm sinh bởi cấu trúc đều tích trên trùng với tích của các tôpô của các (no. 3, Hệ quả của Mệnh đề 4).
Mệnh đề 7
Cho* là một ánh xạ từ một không gian đều vào một không gian đều tích . Khi đó liên tục đều khi và chỉ khi mỗi đều liên tục đều.
Vì , đây là một trường hợp riêng của Mệnh đề 4 của no. 3.
Hệ quả
Cho* là hai họ không gian đều được đánh chỉ số bởi cùng một tập . Với mỗi , cho là một ánh xạ từ vào . Nếu mỗi đều liên tục đều, thì ánh xạ tích
Tiêu chuẩn tổng quát về tính bắc cầu của các cấu trúc đều ban đầu (no. 3, Mệnh đề 5) cho thấy rằng, cũng như đối với tích của các không gian tôpô (Chương I, § 4, no. 1), tích của các không gian đều là kết hợp và mệnh đề sau đây là đúng:
Mệnh đề 8
Cho là một tập hợp, cho là một họ các không gian đều, và với mỗi cho là một ánh xạ từ vào . Gọi là ánh xạ từ vào , và gọi là cấu trúc đều thô nhất trên mà đối với nó các là liên tục đều. Khi đó là ảnh ngược theo của cấu trúc đều cảm sinh trên bởi cấu trúc đều tích trên .
Hệ quả
Với mỗi , cho là một không gian con của . Khi đó cấu trúc đều cảm sinh trên bởi cấu trúc đều tích trên cũng chính là tích của các cấu trúc đều của các không gian con .
Ngoài ra, ta thấy ngay lập tức rằng nếu là hai không gian đều và là một điểm bất kỳ của , thì ánh xạ là một đẳng cấu từ lên không gian con của ; do đó:
Mệnh đề 9
Cho là một ánh xạ liên tục đều từ một không gian đều tích vào một không gian đều ; khi đó mọi ánh xạ riêng phần
của vào đều liên tục đều.
Nói cách khác, một hàm liên tục đều của hai biến thì liên tục đều đối với từng biến một.
\* Ví dụ đã cho trong Chương I, § 4, no. 2, Nhận xét 2, cho thấy đảo lại của mệnh đề này là sai. \*
7. Giới hạn nghịch đảo của các không gian đều
Cho là một tập hợp có thứ tự bộ phận trong đó thứ tự bộ phận được viết là . Với mỗi cho là một không gian đều, và với mỗi cặp chỉ số sao cho cho là một ánh xạ từ vào .
Mệnh đề 10
Cho là một tập có hướng, cho là một hệ ngược các không gian đều được đánh chỉ số bởi , và cho là một tập con đồng tận của . Với mỗi , gọi là ánh xạ chính tắc từ vào , và ký hiệu là . Khi đó họ các tập hợp , trong đó chạy qua và trong đó, với mỗi , chạy qua một hệ cơ bản các lân cận đều của , là một hệ cơ bản các lân cận đều của .
Chúng tôi để lại chứng minh cho bạn đọc; đó là một sự thích nghi trực tiếp của chứng minh của Mệnh đề 9 của Chương I, § 4, no. 4.
Cuối cùng, tôpô trên cảm sinh bởi giới hạn ngược của các cấu trúc đều của các là giới hạn ngược của các tôpô của các .
Bài tập
Xem bài tập cho § 2.