Topo Homework - Week 3
T1
T1. (ER) 确定下面每种情况中的 Int(A),Cl(A) 和 ∂A:
- (1) 在下极限拓扑空间 Rl 中, A=[0,1];
- (2) X={a,b,c},T={X,∅,{a},{a,b}},A={a,c};
- (3) 在欧氏直线 R 上, A=(−1,1)∪{2};
- (4) 在下极限拓扑空间 Rl 中, A=(−1,1)∪{2};
- (5) 在欧氏平面 R2 上, A={(sinθ,cosθ)∈R2∣0<θ<π}.
(1): IntA=[0,1),ClA=[0,1],∂A={1}
(2): IntA={a},ClA=X,∂A={b,c}
(3): IntA=(−1,1),ClA=[−1,1]∪{2},∂A={−1,1,2}
(4): Int=(−1,1),ClA=[−1,1)∪{2},∂A={−1,2}
(5): IntA=∅,ClA=A∪{(0,1),(0,−1)},∂A=A∪{(0,1),(0,−1)}
T2
T5. (MRH) 在 R 上采用标准拓扑. 是否存在集合 A⊂R, 分别使得
(1) A,Cl(A),Int(A) 和 Cl(Int(A)) 两两不同?
(2) A,Cl(A),Int(A) 和 Int(Cl(A)) 两两不同?
(3) A,Cl(A),Int(A),Int(Cl(A)) 和 Cl(Int(A)) 两两不同?
(1):取A=Q∪(0,1),则 A=Q∪(0,1),ClA=R,IntA=(0,1),ClIntA=[0,1]
(2):取 A=Q∩(0,1),则 ClA=[0,1],IntA=∅,IntClA=(0,1)
(3):取A=((Q∪(0,1))∩(−1,2))∪(Q∩(3,4)),则
IntA=(0,1)ClA=[−1,2]∪[3,4]IntClA=(−1,2)∪(3,4)ClIntA=[0,1]
T3
T12. (MR) 设 A 和 B 都是拓扑空间 X 上的稠密子集, 且 A 是开集. 证明 A∩B 也是稠密子集.
A,B is dense⟹∀x∈Ux⊂X,∃a∈Ua⊂A∩Ux,∃b∈Ua∩Bb∈Ua⊂A⟹b∈A∩Bb∈Ux⟹A∩B is dense
T4
T20. (ERH) 设 X 为一个拓扑空间, A⊂X. 证明:
- (1) ∂A 是闭集;
- (2) ∂A∩Int(A)=∅;
- (3) ∂A∪Int(A)=Cl(A);
- (4) ∂A⊂A 当且仅当 A 是闭集;
- (5) ∂A∩A=∅ 当且仅当 A 是开集;
- (6) ∂A=∅ 当且仅当 A 既是开集又是闭集.
(1):
∂A=ClA∩(X−IntA)ClA is closeX−IntA is close⟹∂A is close
(2):
∂A=(ClA−IntA)∩IntA=∅
(3):
∂A∪IntA=(ClA−IntA)∪IntA=ClA
(4):
IntA⊂A⟹ClA−IntA⊂A⟺ClA⊂A⟺A is close
(5):
∂A∩A=ClA∩(X−IntA)∩A=A−A∩IntA⟹∂A∩A=∅⟺A∩IntA=A⟺A is open
(6):
By (4),(5):
A is open and close⟺∂A⊂A∧∂A∩A=∅⟺∂A=∅
T5
T2. (ER) 设 f:X→Y. 证明下列陈述等价:
- (4) 对 X 的任意子集 A⊂X, f(Cl(A))⊂Cl(f(A));
- (5) 对 Y 的任意子集 B⊂Y, Cl(f−1(B))⊂f−1(Cl(B)).
(4)⟹(5):let A=f−1(B)⟹f(Clf−1(B))⊂Clf(f−1(B))⊂ClB⟹Clf−1(B)⊂f−1(f(Clf−1(B)))⊂f−1(ClB)(5)⟹(4):let B=f(A)⟹ClA⊂Clf−1(f(A))⊂f−1(Clf(A))⟹f(ClA)⊂f(f−1(Clf(A)))⊂Clf(A)
T6
X,Yare topo spaces,A⊂X,B⊂Y⟹Int(A×B)=IntA×IntB
设X,Y的拓扑基分别是C,D,则让
IntA=i∈S⋃Ci,IntB=i∈T⋃Di
左边由定义是被A×B包含的开集的并,等价于被A×B包含的拓扑基的并,而某个拓扑基有:
Ci×Dj⊂A×B⟺Ci⊂A∧Dj⊂D⟺Ci⊂IntA∧Dj⊂IntB
所以A×B内的拓扑基恰好是所有Ci×Dj.
而右侧是
IntA×IntB=i∈S⋃Ci×i∈T⋃Di=i∈S,j∈T⋃Ci×Dj
所以两侧相等.
T7
A∩B⊂A∩BA∪B=A∪B
(1):
A∩B⊂A,A∩B⊂B⟹A∩B⊂A∩B
(2):
A⊂A∩B,B⊂A∩B⟹A∪B⊂A∪B
对另一侧, ∀x∈A∪B,假设X不在A和B的闭包中,那么∃x∈U1,x∈U2,U1,U2 is open,U1∩A=U2∩B=∅,则(U1∩U2)∩(A∪B)=∅,推出 x∈/A∪B,矛盾,得证.