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Proposition 4Structures topologiques

Continuité

Énoncé

Une application f:X→Yf : X \to Y est continue si l'image réciproque de tout ouvert de YY est un ouvert de XX. Elle est continue en aa si l'image réciproque de tout voisinage de f(a)f(a) est un voisinage de aa. Alors :

(i) ff est continue si et seulement si l'image réciproque de tout fermé est fermée ;

(ii) ff est continue si et seulement si elle est continue en tout point ;

(iii) la composée de deux applications continues est continue ;

(iv) si ℬ\mathcal B est une base de YY, il suffit que f−1(B)f^{-1}(B) soit ouvert pour tout B∈ℬB \in \mathcal B.

L'application ff est dite ouverte si l'image directe par ff de tout ouvert de XX est un ouvert de YY ; cette propriété porte sur les images directes, là où la continuité porte sur les images réciproques.

Démonstration

(i) résulte de f−1(Y∖F)=X∖f−1(F)f^{-1}(Y \setminus F) = X \setminus f^{-1}(F), et (iii) de (g∘f)−1(W)=f−1(g−1(W))(g \circ f)^{-1}(W) = f^{-1}(g^{-1}(W)).

(ii) Si ff est continue et WW un voisinage de f(a)f(a), il contient un ouvert V∋f(a)V \ni f(a), et f−1(V)f^{-1}(V) est un ouvert contenant aa et inclus dans f−1(W)f^{-1}(W).

Réciproquement, si ff est continue en tout point et VV est ouvert, alors VV est voisinage de f(a)f(a) pour tout a∈f−1(V)a \in f^{-1}(V), donc f−1(V)f^{-1}(V) est voisinage de chacun de ses points : il est ouvert d'après la proposition sur les voisinages (Voisinages).

(iv) Tout ouvert VV de YY est une réunion ⋃iBi\bigcup_i B_i, et f−1(V)=⋃if−1(Bi)f^{-1}(V) = \bigcup_i f^{-1}(B_i) est ouvert.

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Remarque

Pour des espaces métriques, la continuité en un point équivaut à la définition par ε\varepsilon et δ\delta, celle du chapitre Continuité de l'analyse réelle : les boules ouvertes centrées en f(a)f(a) forment une famille de voisinages assez petits.

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