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Mergulho num espaço produto

Por Matheus de Freitas Souza @Matheus
    2021-12-19 21:56:16.228Z

    Li uma coisa interessante no livro do Munkres e resolvi um exercício relacionado que acredito ser de interesse.

    Seja $f:X \to Y$ uma função injetiva e contínua e denote por $Z$ o conjunto $f(X)$. Veremos $Z$ como um subespaço de $Y$ (consideramos a restrição da topologia de $Y$ a $Z$). O resultado que usaremos sem demonstrar é que uma função
    \begin{align*}
    f: &A \to X \times Y \\
    &a \mapsto (f_1(a),f_2(a))
    \end{align*}
    é contínua se, e somente se, cada coordenada $f_1,f_2$ é contínua.

    Seja $y_0 \in Y$ um elemento fixado e considera a função $f: X \to X\times Y $ com a regra $x \mapsto (x,y_0)$. Então $g$, a função obtida de $f$ restringindo o contradomínio é um mergulho de $x$ em $X \times \{y_0\} = Z$.

    Observe que $g$ é injetiva porque $f$ é e, além disso, verificamos facilmente que ela é sobrejetiva. Seja $B$ um subconjunto aberto de $Z$, então , $B = Z \cap U$ com $U$ aberto em $X \times Y$. Como
    $$g^{-1}(B) = f^{-1}(U),$$
    pois $f(X) \subseteq Z$, concluimos que $g$ é contínua ($f^{-1}(U)$ é aberto). Além disso, sendo $U$ aberto em $X$, temos que $g(U) = U \times \{y_0\}$ é aberto (produto de abertos), logo, $g$ é um homeomorfismo, i.e., um mergulho.

    PS: espero ter usado corretamente a terminologia no que se refere a 'mergulho'. Em inglês é imbedding.

    • 3 respostas
    1. A
      André Caldas @andrecaldas
        2021-12-19 22:29:31.453Z

        Olá, Matheus!

        Muito bom! Eu fiquei um pouco confuso com o tanto de vezes que $f$ significa uma coisa diferente. :-P

        Acho muito bacana estar atento a esse tipo de identificação. Por exemplo, imagine uma função contínua
        $$
        f: \mathbb{R}^2 \rightarrow \mathbb{R}.
        $$
        Se você escolher $a \in \mathbb{R}$, então a função
        \begin{align*}
        f_a: \mathbb{R} &\rightarrow \mathbb{R}
        \\
        x &\mapsto f(a,x)
        \end{align*}
        é contínua. Isso sai fácil desse seu resultado. Muito útil!!! :-)

        Eu acho que mergulho é isso aí, mesmo. Um homeomorfismo sobre a imagem.

        A continuidade de $g$ pode ser feita utilizando propriedades da topologia em um subconjunto. Sabemos que uma função ser contínua com o contradomínio restrito é o mesmo que ser contínua sem essa restrição. Ou seja, $g$ é contínua se, e somente se, $f$ é contínua. Uma coisa que acho interessante, mas que talvez ainda não tenha mencionado, é que a topologia induzida no subconjunto é, na verdade, a topologia inicial da inclusão. Ou seja, $f$ é contínua se, e somente se, $f = \iota \circ g$ for contínua:
        $$
        \begin{CD}
        X @>g>> f(X)
        \\
        @. f\searrow @VV\iota V
        \\
        @. X \times Y
        \end{CD}
        $$

        Uma outra forma de ver que $g$ é uma bijeção com inversa contínua, é observar que $\pi_1$ é a inversa de $g$.

        Acho que tem isso no vídeo...
        https://www.youtube.com/watch?v=KJCdo1naEdY&t=1032s

        1. MMatheus de Freitas Souza @Matheus
            2021-12-19 23:59:46.589Z

            Massa! Eu comecei a ver esse vídeo agora hehe, acabou que me perdi um pouco no início do curso e não tinha visto ainda. Acho que você já tinha falado algumas dessas coisas :-|.

            Ah, acho que teve um probleminha na compilação do LaTeX.

            1. AAndré Caldas @andrecaldas
                2021-12-20 02:30:27.753Z

                Onde tiver \, coloque \\. E onde tiver _, coloque \_. Normalmente isso resolve os problemas com $\LaTeX$.