Всякое подмножество топологического пространства может быть наделено естественной топологической структурой.
Пусть А - произвольное подмножество топологического пространства (X,Ω).
Обозначим через ΩA совокупность всех подмножеств множества А, которые являются пересечениями открытых множеств
пространства X с множеством A:
ΩА = {U A: U Ω}.
Теорема 2.1.
Совокупность ΩА удовлетворяет аксиомам топологического пространства.
Доказательство. Аксиома (а) очевидна: множества А и тривиальным
образом представляются в виде пересечения открытых множеств пространства X с множеством
А: А = Х А, = А.
Перейдем к аксиоме (б). Пусть - семейство множеств, принадлежащих
совокупности ΩА,
где индекс а пробегает семейство индексов I. Это значит, что каждое множество Va является
пересечением некоторого открытого в X множества Ua с множеством А : Va = Ua А.
Чтобы доказать, что их объединение тоже принадлежит совокупности
ΩА , представим множество в виде пересечения некоторого открытого в
X множества с множеством А.
Действительно, где множество открыто как объединение нескольких открытых
множеств.
Для проверки аксиомы (в) рассмотрим семейство множеств , принадлежащих совокупности ΩА,
где индекс а пробегает конечное семейство индексов К. Чтобы доказать, что их пересечение также принадлежит
совокупности ΩА, представим множество в виде пересечения множества
А с некоторым открытым в X множеством:
где множество () открыто как пересечение конечного числа открытых в
X множеств.
Теорема доказана.
Итак, мы проверили, что совокупность ΩА задает топологию на А.
Говорят, что топология ΩА индуцируется топологией Ω, и называют ее индуцированной топологией.
Множество А, снабженное индуцированной
топологией, называется топологическим подпространством топологического пространства (X,Ω) и
обозначается (А,ΩА), или просто А, если ясно, что речь идет именно об индуцированной топологии на А.
Множества, входящие в совокупность ΩА, называются открытыми в множестве А.
Множество G А называется ΩА замкнутым в множестве А,
если его дополнение А\G открыто в А.
См. пример.
Пусть (А,ΩА) - топологическое подпространство пространства (X,Ω), и множество
В - подмножество множества А. Тогда может случиться, что В открыто в А и не открыто в X, или В замкнуто в А и не замкнуто в X.
Поэтому соотношения между этими различными понятиями важны для нас.
Теорема 2.2.
Пусть (А,ΩА) - топологическое подпространство пространства (X,Ω). Тогда
1) если множество А открыто в X, то любое подмножество V А, открытое в А, открыто и в X;
2) если множество А замкнуто в X, то всякое подмножество G А, замкнутое в топологии ΩА, замкнуто и в топологии Ω.
Доказательство. Докажем утверждение 1. Пусть множество V А открыто в А.
Тогда, по определению, V = U А, где множество и открыто в X.
Значит, V является пересечением двух открытых в X множеств и, следовательно, открыто в X.
Перейдем к утверждению 2. Пусть множество G А замкнуто в А. Тогда множество А\G открыто в А.
Это, в свою очередь, означает, что А\G = А U для некоторого множества и, открытого в X.
Множество Х\U замкнуто в пространстве X и дает в пересечении с множеством А множество G. Чтобы
убедиться в этом, воспользуемся цепочкой равенств:
G = А\(А\G) = А\(А U) = А (Х\U).
Таким образом, множество в является пересечением двух замкнутых в X множеств и, следовательно, замкнуто в X.
Теорема доказана.
|