“连通分支总是闭集,因为连通集的闭包仍连通且仍包含原点;它们未必开放。局部连通空间中,分支才自动开放。局部连通本身不要求全空间连通,例如两个不交开区间的并。道路分支与连通分支是否一致,也需要局…”
形式陈述
拓扑空间
等价地,连通开集构成
直觉
“局部”要求在任意小的指定邻域内继续找到连通邻域,不能只找一个大的连通邻域。否则任何连通空间都可用全空间充数,这会失去局部条件真正要控制的细节。
局部连通与全局连通回答不同问题:前者检查放大后是否仍能选取一个连成整体的窗口,后者检查整个空间能否分开。因此它们之间没有不加条件的双向蕴含。
开集分支判据
设
例子与边界
实线中两个不交开区间的并局部连通但不连通。每一点可以选一个不越过所在区间端点的小区间,其他全局分支不会影响它。欧氏空间与流形更满足局部道路连通,因为坐标中可选凸开球。
有理数空间
拓扑学家的正弦曲线闭包是连通但非局部连通的例子。在极限竖线内部一点附近,先选一个纵向高度小于整个振荡幅度的窗口。窗口里必有趋近竖线的多个振荡图像片段,却不能在该窗口内把这些片段与竖线连成一个开邻域;连通它们需要离开这个窗口。
一般连续满射不保持局部连通。例如从同一个集合的离散拓扑到正弦曲线拓扑的恒等映射连续满射,定义域局部连通而像空间不是。但商映射会保持局部连通,不能把上述反例误称为商映射。
推论与应用
商映射
连通分支在局部连通空间中既开又闭。但要保证它与道路分支相等,通常使用更强的局部道路连通性。万有覆叠的标准存在定理还要求半局部单连通;局部连通本身没有控制回路能否收缩。
参考资料
- James R. Munkres, Topology, 2nd ed., Prentice Hall, 2000,§25,局部连通与开集分支判据。
- Stephen Willard, General Topology, Addison-Wesley, 1970;Dover 重印版,2004,局部连通空间与商空间部分。