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Conectividad del conjunto de niveles del mapa continuo

Por favor, dígame esta proposición.

$X$ un espacio topológico compacto de Hausdorff $Y$ un espacio de Hausdorff $f:X \rightarrow Y$ :continua $S \subset X $ : denso $f(S) \subset f(X)$ : denso $\forall y' \in f(S) , f^{-1}(y')$ está conectado. $\Rightarrow \forall y \in f(X), f^{-1}(y)$ está conectado.

Ya he considerado este problema casi 40 horas pero no puedo resolverlo. Esta es mi pobre prueba.

prueba) $\forall y \in f(X\smallsetminus S)=f(X)\smallsetminus f(S)$ $\exists \{y_{n}\}_{n \in \mathbb{N}}$ s.t. $y_{n} \rightarrow y(n \rightarrow \infty) (\because \overline{f(S)}=f(X))$ es decir $ \forall V$ abrir nbd de $ y$ $\exists$ $n_0 \in \mathbb{N}$ s.t. $n \geq n_0 \Rightarrow y_{n} \in V$

Supongamos que $f^{-1}(y)$ no está conectado.

$\exists U, U'$ : abrir s.t. $f^{-1}(V)=U\cap U' , U\cap U' \cap f^{-1}(y)=\emptyset$ $\therefore \exists x \in U, \exists x' \in U'$ s.t. $\exists \{x_n\}_{n \in \mathbb N} , \exists \{x'_n\}_{n \in \mathbb N}$ s.t. $f(x_n) = f(x'_n) = y_n , x_{n} \rightarrow x, x'_{n} \rightarrow x'(n \rightarrow \infty)$ es decir $n \geq n_0 \Rightarrow x_{n} \in U \cap f^{-1}(y_n), x'_{n} \in U' \cap f^{-1}(y_n)$

En esta prueba imperfecta, no puedo demostrar la desconexión de $f^{-1}(y_{n})$ ni conseguir ninguna contradicción, incluso si asumo $\emptyset \neq U\cap U'\cap f^{-1}(y_n)$ .

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studiosus Puntos 19728

Creo que estás tratando de demostrar lo siguiente:

Propuesta. Supongamos que $X$ y $Y$ son espacios topológicos de Hausdorff y $X$ es compacto. Sea $f: X\to Y$ sea un mapa continuo. Sea $S\subset X$ sea un subconjunto denso tal que Para cada $y'\in f(S)$ , $f^{-1}(y')$ está conectado. Entonces, para cada $y\in f(X)$ , $f^{-1}(y)$ está conectado.

Esta proposición es falsa, aquí hay un contraejemplo. Sea $Y={\mathbb R}$ (con la topología estándar) y $$ X= \{1, -1, -1-\frac{1}{2n+1}, 1+ \frac{1}{2n}: n\in {\mathbb N}\}\subset {\mathbb R}, $$ equipado con la topología del subespacio. (No incluyo $0$ en el conjunto de los números naturales). Sea $f(x)= |x|$ . Sea $$ S= \{-1- \frac{1}{2n+1}, 1+ \frac{1}{2n}: n\in {\mathbb N}\}\subset X. $$ Te dejaré para que compruebes que $S$ es denso en $X$ y que $X$ es compacto. Para cada $y'\in f(S)$ la preimagen $f^{-1}(y')$ es un único punto que es $ -1-\frac{1}{2n+1}$ o $1+ \frac{1}{2n}$ . Por lo tanto, $f^{-1}(y')$ está conectado para tal $y'$ . Al mismo tiempo, para $y=1$ , $f^{-1}(y)=\{1, -1\}$ no está conectado.

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