1.7. Непрерывные отображения


Пусть и - два топологических пространства. Отображение называется непрерывным в точке , если для любой окрестности точки найдется окрестность Ox точки x такая, что . Мы можем ограничиваться в этом определении только открытыми окрестностями точек, и тогда можно сформулировать данное определение и следующим образом: для любого такого, что найдется такое , что и .

Если отображение непрерывно в каждой точке , то оно называется непрерывным. Ниже мы приводим три основных критерия непрерывности отображения.


Теорема 10. Отображение непрерывно, если и только если прообраз каждого открытого множества является открытым.

Доказательство теоремы 10.

Закрыть

Пусть  открыто в . Рассмотрим произвольную точку  в . Тогда  принадлежит , следовательно, множество  является окрестностью точки . Из непрерывности  вытекает существование окрестности  такой, что . Последнее эквивалентно можно переписать как , что доказывает открытость множества .

Обратно, пусть прообраз каждого открытого множества является открытым и .  Пусть окрестность  задана. Без ограничения общности можно считать ее открытой. Тогда множество  также будет открытым множеством, следовательно, оно будет окрестностью каждой своей точки, в частности, окрестностью точки . Остается положить .


Теорема 11. Отображение непрерывно, если и только если прообраз каждого замкнутого множества является замкнутым.

Доказательство теоремы 11.

Закрыть

Доказательство легко следует из теоремы 10 и формулы , справедливой для любого отображения  и множества .


Теорема 12. Отображение непрерывно тогда и только тогда, когда для каждого .

Доказательство теоремы 12.

Закрыть

Предположим, что  есть непрерывное отображение и  принадлежит . Тогда .  Для любой окрестности  в силу непрерывности найдется окрестность  такая, что .  Т.к. , выберем точку . Тогда , т.е. последнее пересечение не пусто. Таким образом, , что и требовалось доказать.

Предположим теперь, что  для каждого , но отображение  разрывно в точке . Последнее означает, что найдется такая окрестность  точки , для которой , какова бы ни была окрестность  точки . В частности, это будет так для любого  из фундаментальной системы окрестностей точки . Выберем по точке , для которой . Обозначим . Тогда очевидно, что . Кроме того,   по построению. Но это противоречит условию .