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$A$连通,$A\subseteq B\subseteq [A]$,则$B$连通。

本帖最后由 abababa 于 2021-7-30 13:12 编辑

$A$是给定的拓扑空间$X$的连通子空间,$B$满足$A\subseteq B\subseteq [A]$,求证$B$也连通。其中$[A]$是$A$的闭包。

下面的证明我看不懂:
假设$B$不连通,则存在$B$的分割$U,V$,由于$A$是$B$的连通子空间,所以$A$或者包含于$U$或者包含于$V$,不妨设$A\subseteq U$,于是$B\subseteq [A]\subseteq U$,显然还有$U\subseteq B$,所以$B=U$,从而$V=\varnothing$,这与$U,V$是$B$的分割(不能是空集)矛盾。

我看不懂的是为什么$[A]\subseteq U$,我觉得这里应该是$[A]\subseteq [U]$,那这样的话,就得不到$B=U$了吧。到底应该怎么证明这个命题呢?

一些定义和已知命题:
拓扑:设$X$是非空集合,$T$是$X$的幂集的子集,若满足(1), $X,\varnothing \in T$。(2), $T$中任意多个元素之并仍在$T$中。(3), $T$中有限多个元素之交仍在$T$中。则称$T$是$X$的一个拓扑。
拓扑空间:集合$X$连同它的拓扑$T$构成拓扑空间,记为$(X,T)$。
通常拓扑:集合$\mathbb{R}^n$中所有开矩形的任意并和有限交构成集合$T$,则$(\mathbb{R}^n,T)$称为$\mathbb{R}^n$中的通常拓扑。无说明时指的都是通常拓扑。
开集:拓扑$T$中的每个元素都称为拓扑空间$X$的开集。
闭集:补集(相对于全空间$X$)是开集的集合称为闭集。
闭包:包含集合$A$的最小闭集称为$A$的闭包,记为$[A]$。
分割:给定拓扑空间$(X,T)$,若$\varnothing\neq U,V\in T, U\cap V=\varnothing,U\cup V=X$,则称$U,V$是$X$的一个分割。
连通:如果$X$不存在分割,则称$X$连通。
子空间:给定拓扑空间$(X,T)$和集合$Y\subseteq X$,则$J=\{Y\cap U: U\in T\}$是$Y$的一个拓扑,称为子空间拓扑,并称$(Y,J)$是$(X,T)$的子空间。
命题:如果$U,V$是拓扑空间$X$的一个分割,$Y$是$X$的连通子空间,则$Y$或者包含于$U$或者包含于$V$。
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本帖最后由 abababa 于 2021-7-31 10:11 编辑

回复 1# abababa

经过网友的解释,我明白这个要怎么证明了,关键是那个存在$U,V$不只是存在,而是要构造出来。这需要用到另一个命题:$X$是连通空间的充要条件是:$X$的既开且闭的子集只有空集和它本身。
有了这个命题,就可以构造出$U,V$了。因为假设了$B$不连通,根据这个命题,$B$就存在非空、非本身的既开且闭的子集$U$,然后$V=U^c$(相对于$B$),这样因为$U$是闭集,所以$V$是开集,于是非空开集$U,V$满足$U\cap V=\varnothing, U\cup V=B$,这样$U,V$就成为$B$的一个分割。

然后就仍按原来的证明,只不过这时因为$U$是闭集,所以有$U=[U]$,这样就能进行下去了。

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