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Seja
(
X
,
τ
)
{\displaystyle (X,\tau )}
um espaço topológico e
{\displaystyle ~}
relação de equivalência em
X
{\displaystyle X}
. O conjunto quociente
X
/
∼
{\displaystyle X/\sim }
é o conjunto das classes de equivalência de elementos de X. Para cada
x
∈
X
{\displaystyle x\in X}
denotamos por
[
x
]
{\displaystyle [x]}
a classe de equivalência de
x
{\displaystyle x}
.
Dada
π
:
X
→
X
/
∼
{\displaystyle \pi :X\to X/\sim }
com
x
↦
[
x
]
{\displaystyle x\mapsto [x]}
, que pela construção de
X
/
∼
{\displaystyle X/\sim }
, temos que
π
{\displaystyle \pi }
é uma aplicação sobrejetiva. Então definimos o conjunto
τ
∼
=
{
U
∈
X
/
∼:
π
−
1
(
U
)
∈
τ
}
{\displaystyle \tau _{\sim }=\{U\in X/\sim :\pi ^{-1}(U)\in \tau \}}
chamada de topologia quociente.
O espaço quociente é o par
(
X
/
∼
,
τ
∼
)
{\displaystyle (X/\sim ,\tau _{\sim })}
.
O quociente de
[
0
,
1
]
{\displaystyle [0,1]\!}
pela relação
x
∼
y
{\displaystyle x\sim y}
se
|
x
−
y
|
∈
{
0
,
1
}
{\displaystyle |x-y|\in \{0,1\}}
é homeomorfo a
S
1
{\displaystyle \mathbb {S} ^{1}}
.
O quociente de
[
0
,
1
]
×
[
0
,
1
]
{\displaystyle [0,1]\times [0,1]\!}
pela relação de equivalência gerada por
(
x
,
0
)
∼
(
x
,
1
)
{\displaystyle (x,0)\sim (x,1)\,\!}
e
(
0
,
y
)
∼
(
1
,
y
)
{\displaystyle (0,y)\sim (1,y)\,\!}
, para
x
,
y
∈
[
0
,
1
]
{\displaystyle x,y\in [0,1]}
é homeomorfo ao toro
T
2
{\displaystyle \mathbb {T} ^{2}}
que por sua vez é homeomorfo à
S
1
×
S
1
{\displaystyle \mathbb {S} ^{1}\times \mathbb {S} ^{1}}
.
O processo acima, que cola as bordas do quadrado de forma direta, pode ser feito de modo a torcer o quadrado. Assim, a relação de equivalência gerada por
(
x
,
0
)
∼
(
1
−
x
,
1
)
{\displaystyle (x,0)\sim (1-x,1)\,\!}
e
(
0
,
y
)
∼
(
1
,
1
−
y
)
{\displaystyle (0,y)\sim (1,1-y)\,\!}
, para
x
,
y
∈
[
0
,
1
]
{\displaystyle x,y\in [0,1]}
gera o plano projectivo , enquanto que a relação de equivalência gerada por
(
x
,
0
)
∼
(
1
−
x
,
1
)
{\displaystyle (x,0)\sim (1-x,1)\,\!}
e
(
0
,
y
)
∼
(
1
,
y
)
{\displaystyle (0,y)\sim (1,y)\,\!}
, para
x
,
y
∈
[
0
,
1
]
{\displaystyle x,y\in [0,1]}
gera a garrafa de Klein .
Referências