해석학위상수학에서 상반연속 함수(上半連續函數, 영어: upper semicontinuous function)와 하반연속 함수(下半連續函數, 영어: lower semicontinuous function)는 연속 함수의 성질을 약화한 개념이다. 대략, 상반연속 함수에서, 정의역의 점이 에 가까울 때 함수의 값은 에 가깝거나 보다 작다. 반대로, 하반연속 함수의 정의역의 점이 에 가까우면 함수 값은 에 가깝거나 크다.

정의 편집

위상 공간  에서 전순서 집합  로 가는 함수  가 다음 조건을 만족시키면, 상반연속 함수라고 한다.

  •  하위상을 가했을 때,  연속 함수이다. 즉, 임의의  에 대하여,  열린집합이다.

마찬가지로,  가 다음 조건을 만족시키면, 하반연속 함수라고 한다.

  •  상위상을 가했을 때,  연속 함수이다. 즉, 임의의  에 대하여,  열린집합이다.

실수 값 함수 편집

실수 값의 함수의 경우 상·하반연속 함수의 개념은 상극한과 하극한을 통해 정의할 수 있다. 즉, 위상 공간  에서 실수선으로 가는 함수  가 주어졌을 때, 다음 두 조건이 서로 동치이다.

  • 상반연속 함수이다.
  • 임의의  에 대하여,  

마찬가지로, 다음 두 조건이 서로 동치이다.

  • 하반연속 함수이다.
  • 임의의  에 대하여,  

성질 편집

위상 공간  에서 전순서 집합  로 가는 함수  에 대하여, 다음 두 조건이 서로 동치이다.

  •  는 상반연속 함수이다.
  •  를 반대 전순서 집합  를 공역으로 하는 함수로 여겼을 때, 하반연속 함수이다.

특히,  가 실수의 전순서 집합과 그 반대 전순서 집합 사이의 순서 동형이므로, 위상 공간  에서 실수선으로 가는 함수  에 대하여, 다음 두 조건이 서로 동치이다.

  •  는 상반연속 함수이다.
  •  는 하반연속 함수이다.

연속 함수와의 관계 편집

위상 공간  에서 전순서 집합  로 가는 함수  에 대하여, 다음 두 조건이 서로 동치이다.

실수 값의 경우, 상반연속 또는 하반연속 함수  불연속점의 집합은 제1 범주 집합을 이룬다.

정규성과의 관계 편집

위상 공간  에 대하여, 다음 두 조건이 서로 동치이다.

  • 정규 공간이다.
  • 임의의 상반연속 함수   및 하반연속 함수  에 대하여, 만약  라면,  연속 함수  가 존재한다.

위상 공간  에 대하여, 다음 두 조건이 서로 동치이다.

  • 완전 정규 공간이다.
  • 임의의 상반연속 함수   및 하반연속 함수  에 대하여, 만약  라면,  이며,  일 때  연속 함수  가 존재한다.

연산에 대한 닫힘 편집

임의의 상(하)반연속 함수  에 대하여,

 
 

는 둘 다 상(하)반연속 함수이다.

임의의 상(하)반연속 함수  에 대하여, 두 함수의 합

 

는 상(하)반연속 함수이다.

임의의 상(하)반연속 함수  에 대하여, 곱

 

는 상(하)반연속 함수이다.

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위에서 반연속인 함수. 진한 푸른 점은 f(c)를 의미한다.

다음과 같이 조각적으로 정의된 함수 f = −1 (x < 0 에 대해) and f = 1 (x ≥ 0 에 대해)를 생각해보자. 이 함수는 c = 0에서 위에서 반연속이다. 하지만 아래서 반연속은 아니다.

 
아래서 반연속인 함수. 진한 푸른 점은 f(c)를 의미한다.

x보다 같거나 작은 정수 중 가장 큰 값을 주는 내림함수 f(x)=⌊x⌋는 전구간에서 위에서 반연속이다. 비슷하게, 올림함수 f(x)=⌈x⌉는 아래로 반연속이다.

또한, 굳이 좌연속 또는 우연속일 필요 없이 함수는 반연속성을 가질 수 있다. 예를 들어, 함수

 

는 x = 1에서 좌연속 또는 우연속도 아니지만 위에서 반연속이다. 우극한의 값은 1/2, 좌극한의 값은 1이지만, 둘 다 2보다는 작다. 비슷하게 함수

 

는 x = 0에서 좌극한과 우극한이 존재하진 않지만, 위에서 반연속이다.

같이 보기 편집

연속 함수

외부 링크 편집