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Demostrando homeomorfismo entre superficie y$\mathbb{R}^2$ menos Cantor Set

He estado trabajando con Spivak de la Geometría Diferencial ejercicios y me encontré confundido con esto: "Vamos a $C\subset \mathbb{R} \subset \mathbb{R}^2$ ser el conjunto de Cantor. Mostrar que $\mathbb{R}^2 - C$ es homeomórficos a la superficie que se muestra en la parte superior de la página siguiente."

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Bueno, para mí es obviamente homeomórficos: si pensamos en $\mathbb{R}$ dentro $\mathbb{R}^2$ $x$- eje, por ejemplo, el conjunto de $\mathbb{R}^2 - C$ será el avión menos las piezas de $\mathbb{R}$ que conforma el conjunto de Cantor, de modo que tendremos en la final el avión con el $x$-eje con un montón de agujeros como la superficie que se muestra arriba. Para mí es algo intuitivo que $\mathbb{R}^2-C$ puede ser continuamente deformada en la superficie de arriba, pero ¿cómo podemos realmente llegar tho demostrar este hecho?

Desde Spivak afirma que los pre-requisitos son sólo su Cálculo en los Colectores y los conceptos básicos de métrica espacios siento que no se necesita ningún avance de la topología para este trabajo, pero estoy un poco confundido, la verdad.

Alguien puede dar un poco de asesoramiento sobre cómo podemos solucionar problemas como este?

Muchas gracias de antemano!

4voto

75064 Puntos 2622

La superficie se compone de un número infinito de pares de pantalones cosidos juntos en la manera que se muestra: la línea de la cintura a la abertura de la pierna. Un par de pantalones es homeomórficos al siguiente dominio en el plano:

flat pants

Siguiendo el procedimiento de costura, usted debe insertar una copia más pequeña de un dominio en cada agujero, y repetir ad infinitum. Coser todo junto, consigue un disco menos un conjunto de Cantor.

3voto

YequalsX Puntos 320

Recuerde que $C$ es obtenido a través de la "media tercios proceso": Uno se lleva a la disminución de de la cadena de conjuntos cerrados $[0,1] = C_0 \supset C_1 \supset C_2 \supset \cdots,$ donde $C_{n+1}$ se obtiene a partir de a $C_n$ mediante la eliminación de los restantes "tercio medio" abrir los intervalos y conjuntos de $C = \bigcap_{n=0}^{\infty} C_n$.

Por lo tanto $\mathbb R^2 \setminus C$ es igual a la unión de $\bigcup_{n=1}^{\infty} \mathbb R^2 \setminus C_n$.

Ahora, $C_n$ es una unión de intervalos cerrados. Deje $D_n = C_n\times [0,1] \subset \mathbb R^2$. Tenga en cuenta que la eliminación de $\mathbb R^2 \setminus C_n$ es homemomorphic a $\mathbb R^2 \setminus D_n$, de manera que es compatible con las inclusiones como pasamos de la $n$$n+1$. (Ejercicio! Y consulte a continuación para ver un poco más sobre esto.)

Por lo tanto $\mathbb R^2 \setminus C$ es homemomorphic a la unión de $\mathbb R^2 \setminus D_n$. Si usted piensa acerca de esta unión, que comienzan con $\mathbb R^2$ menos una plaza cerrada, a continuación, añadir en el "tercio medio" de esa plaza, que el "medio tercios" de los dos pequeños rectángulos restantes, y así sucesivamente.

Esto le da Spivak de la imagen, en la forma descrita en user75064 la respuesta, y con el cierre de la rectángulos de ser eliminado en vez de la ronda de discos. Un final homeomorphism (intuivitely bastante evidente, pero un poco más difícil de escribir) convierte los rectángulos a los discos, y da Spivak de la imagen.


Si quieres pensar acerca de cómo hacer todo esto riguroso, mi sugerencia es comenzar con probar que $\mathbb R^2$ menos en un intervalo cerrado es homeomórficos a $\mathbb R^2$ menos de un rectángulo cerrado.

No es tan difícil probar esto por un bien elegido explícita homeomorphism, pero no completamente trivial.

Los otros pasos, que implican la eliminación de los complementos de los rectángulos por los complementos de los discos son más difíciles de escribir explícitamente, pero (en mi opinión), en realidad, menos profundo que el paso anterior, y confiar en la intuición para este tipo de "deformación de la forma" homeomorphism no es tan malo. (Cuando la topología hace un poco más sofisticado, que demuestra que, o aprender las técnicas para la demostración, bastante general, los resultados de este tipo, que dan a la existencia de resultados para la correspondiente homeomorphisms sin escribir fórmulas explícitas.)

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