Continuidad por cerrados


Proposición. Una aplicación es continua si, y solo si, la antiimagen de un cerrado es un cerrado.



Demostración

Sea $f:X \to Y$ una aplicación cualquiera. La antiimagen del complementario es el complementario de la imagen: $\, f^{-1}(Y \setminus A) = X \setminus f^{-1}(A)$. Por tanto, si $f$ es continua $$ \begin{array}{lll} A \quad \text{ cerrado } & \quad\Rightarrow\quad & Y \setminus A \quad \text{ abierto } \\ & \quad\Rightarrow\quad & f^{-1}(Y \setminus A) = X \setminus f^{-1}(A) \quad \text{ abierto } \\ & \quad\Rightarrow\quad & f^{-1}(A) \quad \text{ cerrado} \end{array} $$ Recíprocamente, si las antiimágenes de cerrados son cerrados, $f$ es continua ya que $$ \begin{array}{lll} A \quad \text{ abierto } & \quad\Rightarrow\quad & Y \setminus A \quad \text{ cerrado } \\ & \quad\Rightarrow\quad & f^{-1}(Y \setminus A) = X \setminus f^{-1}(A) \quad \text{ cerrado } \\ & \quad\Rightarrow\quad & f^{-1}(A) \quad \text{ abierto} \end{array} $$

En particular, si $\mathbb R^n \to \mathbb R^m$ es continua, el conjunto de puntos que se aplican en $0$ es un cerrado.