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道路连通空间

Path-connected space

任意两点可由从单位区间出发的连续路径连接。

条目类型
定义

形式陈述

拓扑空间 X 称为道路连通,若对任意 x,yX,存在连续函数

γ:[0,1]X

使 γ(0)=xγ(1)=y。这样的 γ 称从 xy 的道路。固定一点可达关系是等价关系,其等价类称道路连通分支。

直觉

道路连通要求任意两点之间存在一条由区间连续参数化的运动轨迹,比不能被开集分离的连通性更具构造性。参数只负责给运动排序并保证连续,不要求恒速、可导或不自交。路径的像本身是连通集,所以道路连通必推出连通;反向失败源于空间可能整体粘在一起,却缺少可穿过极限缝隙的连续曲线。路径可拼接和反向,因此道路可达形成等价关系。

例子与边界

凸子集通过直线段 γ(t)=(1t)x+ty 道路连通。道路连通必然连通,因为若空间被两个分离开集切开,路径的连续像 [0,1] 也会被切开。逆命题不成立;拓扑学家的正弦曲线闭包是经典的连通但非道路连通例子。

若一族道路连通子集共有一个公共点,那么任意两点都可先沿路径走到公共点再离开,所以其并仍道路连通。仅有闭包相交不足以替代实际交点:两条互不相交、无限逼近的曲线可能仍属于不同道路分支。局部道路连通条件会进一步保证道路分支是开集。

推论与应用

连续路径定义道路连通,并蕴含连通性;任意连续映射的像也保持道路连通。路径同伦组成基本群覆叠的提升也沿路径传播。流形和 CW 复形等局部道路连通空间中,道路分支与连通分支一致,使逐分支分析更直接。

参考资料
  • James R. Munkres, Topology, 2nd ed., Prentice Hall, 2000,§24。
  • Walter Rudin, Principles of Mathematical Analysis, 3rd ed., McGraw-Hill, 1976,Ch. 2。
关系图谱7 个相邻概念 · 2 类关系

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