Důležitý homeomorfismus

Eukleidovský n-rozměrný prostor je množina E_n = {(x₁, ..., x_n) | x_i) ∈ R} a n-rozměrná sféra je množina S_n = {x| x ∈ E_n+1, ||x|| = 1}. Následující tvrzení poskytuje mj. návod, jak si představit situaci, kdy se rovnoběžky protínají v nekonečnu, anebo to, že v nekonečnu se neprotínají jen rovnoběžky, ale všechny přímky v eukleidovském prostoru.

Tvrzení. Buď s libovolný bod sféry S_n. Potom S_n - {s} je homeomorfní s E_n.

Důkaz. (...) Uvažujme zobrazení

E_n →_f S_n - {(0, ..., 0, 1)} →_g E_n

daná předpisy

f(x) = (4 x₁, ..., 4 x_n, x² - 4) / (x² + 4),

kde x² je skalární součin x x,

g(y) = 2(y₁, ..., y_n) / (1 - y^{n + 1}).

Zobrazení f skutečně zobrazuje s E_n do s S_n - {(0, ..., 0, 1)}, protože

||f(x)|| = √(16 x² + x⁴ - 8 x² + 16) / (x² + 4) = 1

a

(x² - 4) / (x² + 4) ≠ 1.

Zobrazení f a g jsou zřejmě spojitá a snadno se ověří, že platí fg(x) = x, gf(x) = x.

Více (o moc více) v knize Podprostory Euklidovských prostorů od Aleše Putra.