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Encontrar contraejemplos: funciones continuas biyectivas que no son homeomorfismos

Deje $f: X \to Y$ ser un bijective función continua. Si $X$ es compacto, y $Y$ es Hausdorff, entonces $f:X \to Y$ es un homeomorphism.

Mi objetivo es demostrar la necesidad de que tanto el compacto y Hausdorff propiedad de $X$ $Y$ respectivamente. Quiero saber si mi contador ejemplos son correctos:

Deje $f: X \to Y$ ser la función identidad.

(1) Vamos a $X=[0,1]$ con el estándar de la topología y deje $Y=[0,1]$ con la topología indiscreta. A continuación, $f: X \to Y$ es continua y bijective pero no homeomorphism. Desde $U=(1/3,1/2)$ está abierto en $X$, pero $(f^{-1})^{-1}(U)=f(U)$ no está abierto en el $Y$.

(2) Vamos a $X=Y=\mathbb{R}$. Deje $Y$ tiene el estándar de la topología y de la $X$ tiene la topología discreta. Deje $U=\{x\}$ desde el abierto de conjuntos son los únicos. $f(^{-1})^{-1}(x)=f(x)$ es cerrado en $Y$ desde $Y$ tiene el estándar de la topología. Por lo tanto $f$ no es un homeomorphism.

Esta es la vieja pregunta
Mi objetivo es demostrar la necesidad de que tanto el compacto y Hausdorff propiedad de $X$ $Y$ respectivamente. Quiero saber si mi contador ejemplos son correctos:

Deje $f$ ser la función identidad. A continuación, $f: X \to Y$ ser un bijective función continua. Si $X=[0,1]$ con el estándar de la topología y de la $Y=[0,1]$ con la topología indiscreta tenemos que $f:X \to Y$ no es un homeomorphism.

Deje $f: X \to Y$ ser un bijective función continua, $X=(0,1)$, e $Y=[0,1]$ tanto con el estándar de la topología. No es un homeomorphism porque $f^{-1}([0,1])$ no está conectado, sino $[0,1]$ está conectado.

La primera muestra por qué Hausdoff es necesario para $Y$ y el segundo muestra la compacidad es necesario para $X$.

Son dos de los ejemplos correctos? No tengo confianza en mi primer ejemplo porque estoy teniendo problemas mostrando $f^{-1}$ no es continua. Sin embargo, tengo confianza en mi segundo ejemplo.

8voto

Jason Baker Puntos 494

Segunda edición: la nueva ejemplos son correctos.


Primera edición: escribí que en el primer ejemplo fue incorrecta. Que fue un error de tipeo. Es realmente correcta.

Su primer ejemplo es correcto. Usted necesita demostrar que $f^{-1}$ no es continua, es decir, que no es cierto que $(f^{-1})^{-1}(U)=f(U)$ es un conjunto abierto abierto para todos los conjuntos de $U$. Tomar cualquier conjunto $U$ que está abierto en $X$ pero que no es abierto en la topología indiscreta, por ejemplo,$U=(1/3,1/2)$. A continuación,$f(U)=U$, que no está abierto en el $Y$. Por lo tanto $f$ no es un homeomorphism.

El segundo ejemplo es incorrecta porque no hay bijective continua $f$$(0,1)$$[0,1]$: debe tener $f(x)=0$ algunos $0<x<1$, de modo que por el teorema del valor intermedio, debe existir $y<x<z$ tal que $f(y)=f(z)=\epsilon$ para algunos pequeños $\epsilon>0$ (creo que de la curva de $f$ sumergiendo abajo a $0$ y luego subir de nuevo; debe pasar a través de la igualdad de valores en algún lugar en los lados opuestos del cero).

6voto

Deje $f: X \to Y$ ser la función identidad, donde $Y=X$. Es obvio que un bijection. Si usted necesita $f$ es continuou asignación, no un homeomorphism. Sólo se necesita la topología en $Y$, podemos decir $\tau_Y$, es estrictamente más débil que la topología de la $\tau_X$$X$. A continuación, $f$ debe ser continua, sin embargo no está abierto, por lo tanto no es homeomorphism.

Prueba: es continua. Deje $U \in \tau_Y \subseteq \tau_X$,$f^{-1}(U)= U \in \tau_X$, que los testigos $f$ es continua. No está abierto. Existen $U \in \tau_X \setminus \tau_Y$,$f(U)=U \notin \tau_Y$, lo que muestra $f$ no está abierto.

Nota Discretos topología es la más fuerte de la topología en el conjunto dado. Y indiscreta topología es la más débil de la topología en el conjunto dado.

Espero que sea útil para usted también.

4voto

Stefan Hamcke Puntos 16889

Si $X$ no es compacto, entonces el teorema de no trabajo. Por ejemplo, tome $\mathbb R$ con la topología discreta y deje $f$ ser la identidad en $\mathbb R$ con el estándar de la topología.

Pero Hausdorffness no es realmente necesario. Basta con que compacta los subconjuntos cerrados. Existen espacios compactos donde el compacto subconjuntos son exactamente los subconjuntos cerrados, aún así, el espacio no es Hausdorff. Estos espacios son llamados máxima compacto. La razón es que estos son precisamente los espacios donde no hay más fina que la topología en el espacio $X$ de manera tal que el espacio es muy compacta. Es relativamente fácil demostrar que, si el pacto subconjuntos son exactamente cerrado, entonces no hay más fina que la topología deja el espacio compacto. La otra dirección es más difícil. Para una prueba y un ejemplo de un espacio de este tipo, consulte este artículo.

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