Окружность не гомеоморфна прямой

ГОМЕОМОРФИ́ЗМ
  • В книжной версии

    Том 7. Москва, 2007, стр. 376

    Скопировать библиографическую ссылку:

    • Окружность не гомеоморфна прямой
    • Окружность не гомеоморфна прямой
    • Окружность не гомеоморфна прямой
    • Окружность не гомеоморфна прямой
    • Окружность не гомеоморфна прямой

    ГОМЕОМОРФИ́ЗМ (от го­мео . и греч. μορφή – вид, фор­ма) (го­мео­морф­ное ото­бра­же­ние), од­но из осн. по­ня­тий то­по­ло­гии. Два то­по­ло­гич. про­стран­ст­ва на­зы­ва­ют­ся го­мео­морф­ны­ми, ес­ли су­ще­ст­ву­ет вза­им­но од­но­знач­ное не­пре­рыв­ное ото­бра­же­ние од­но­го из них на дру­гое, для ко­то­ро­го об­рат­ное ото­бра­же­ние так­же не­пре­рыв­но, са­мо ото­бра­же­ние на­зы­ва­ет­ся го­мео­мор­физ­мом. Напр., лю­бой круг го­мео­мор­фен лю­бо­му квад­ра­ту, лю­бые два от­рез­ка го­мео­морф­ны, но от­ре­зок не го­мео­мор­фен ни ок­руж­но­сти, ни пря­мой. Пря­мая го­мео­морф­на лю­бо­му ин­тер­ва­лу. Свой­ст­ва фи­гур, ко­то­рые не ме­ня­ют­ся при пе­ре­хо­де к го­мео­морф­ным фи­гу­рам, на­зы­ва­ют­ся то­по­ло­ги­че­ски­ми. При­ме­ра­ми то­по­ло­гич. свойств яв­ля­ют­ся ком­пакт­ность и связ­ность.

    Видео:Фундаментальная группа окружностиСкачать

    Фундаментальная группа окружности

    Окружность не гомеоморфна прямой

    План. Непрерывное отображение топологических пространств. Свойства непрерывных отображений. Категория . Гомеоморфизм. Гомеоморфность топологических пространств как отношение эквивалентности. Локальный гомеоморфизм.

    Цель лекции — ввести понятие непрерывного отображения, установить его связь с понятием непрерывной числовой функции, дать строгие доказательства привычных свойств непрерывных отображений, привести пример категории, исследовать понятие гомеоморфизма и дать наглядные примеры гомеоморфных и локально гомеоморфных пространств.

    Непрерывным называется отображение топологических пространств, при котором выполнено следующее свойство: прообраз каждого открытого в пространстве подмножества является открытым подмножеством в пространстве .

    Равносильное определение: непрерывным называется отображение, при котором прообразы замкнутых множеств замкнуты.

    Упражнение. Проверьте эквивалентность двух определений непрерывного отображения.

    Также нам потребуется определение отображения, непрерывного в точке.

    Отображение топологических пространств называется непрерывным в точке если для всякой окрестности точки существует такая окрестность точки , что

    Сравним это общее определение с привычным определением непрерывной в точке числовой функции из курса математического анализа. Функция непрерывна в точке , если выполнено условие: 0 ;exists delta>0|; |x-x_0|

    Числовая прямая является метрическим пространством с метрикой вида поэтому, выбрав окрестности точек в виде открытых шаров (которые в данном случае являются открытыми интервалами), получим определение функции, непрерывной в точке.

    Можно доказать, что отображение топологических пространств непрерывно тогда и только тогда, когда оно непрерывно в каждой точке.

    В самом деле, если отображение непрерывно, а — окрестность точки , то ее прообраз является окрестностью точки , причем . Обратно, если отображение непрерывно в каждой точке и — открытое множество в пространстве , то каждая точка множества обладает окрестностью, образ которой принадлежит множеству . Таким образом, прообраз является объединением открытых подмножеств, следовательно, он открыт в пространстве .

    Теперь обратимся к простейшим свойствам непрерывных отображений топологических пространств.

    Теорема 1. Тождественное отображение топологического пространства в себя непрерывно.

    Для доказательства рассмотрим тождественное отображение , переводящее каждую точку пространства в себя. Пусть — открытое подмножество, тогда, очевидно, и, следовательно, , что и требовалось.

    Теорема 2. Для любого пространства постоянное отображение , где — одноточечное пространство, непрерывно.

    Доказать это свойство читателю предлагается в качестве упражнения .

    Теорема 3. Отображение вложения подпространства в топологическое пространство непрерывно.

    Действительно, рассмотрим вложение подпространства , и пусть — произвольное открытое в подмножество. Тогда — открытое в подмножество, согласно определению топологии подпространства.

    Теорема 4. Композиция непрерывных отображений топологических пространств непрерывна.

    Для доказательства рассмотрим непрерывные отображения топологических пространств и и их композицию

    Пусть — произвольное открытое подмножество пространства . Его прообраз относительно композиции равен

    По определению непрерывного отображения, подмножество открыто в пространстве , а подмножество открыто в пространстве .

    Совокупность подмножеств называется покрытием множества , если . Здесь символом обозначено множество индексов, нумерующих элементы покрытия , при этом мощность покрытия может быть счетной (конечной или бесконечной) или несчетной. Покрытие топологического пространства называют открытым , если все составляющие его подмножества открыты в . Топологическое пространство называется компактным , если всякое его открытое покрытие содержит конечное покрытие.

    Ясно, что конечное множество, наделенное дискретной топологией, компактно, а бесконечное множество с дискретной топологией некомпактно. Менее тривиальный пример некомпактного топологического пространства — хорошо знакомое читателю евклидово вещественное пространство , топология которого задана с помощью метрики Для доказательства некомпактности пространства достаточно указать одно его открытое покрытие, которое не содержит конечного подпокрытия. Такое покрытие образуют открытые шары радиуса , центры которых расположены во всех точках с целочисленными координатами. Действительно, такие шары образуют покрытие, причем любой конечный набор таких шаров покрытия не образует.

    Теорема 5. Пусть — сюръективное непрерывное отображение топологических пространств. Если — компактное топологическое пространство, то и компактно.

    Действительно, пусть — открытое покрытие пространства . Множества для составляют открытое покрытие пространства , и если — его конечное подпокрытие, то — конечное подпокрытие покрытия пространства .

    Теперь обратимся к понятию категории.

    Категория состоит из двух классов — класса объектов и класса морфизмов, — удовлетворяющих требованиям :
    1. Для каждой пары объектов определено множество морфизмов из в ;
    2. Для каждой тройки объектов определено отображение

    ставящее в соответствие двум морфизмам и их композицию .
    3. Множества и композиция морфизмов удовлетворяют аксиомам:
    а) композиция ассоциативна: для каждой тройки морфизмов

    имеет место равенство ;
    б) для каждого объекта существует тождественный морфизм такой, что любых объектов и и для любых морфизмов и имеют место равенства , ;
    в) если пары и различны, то пересечение множеств и пусто.

    Рассматривая в качестве объектов все топологические пространства (то есть все множества со всевозможными топологиями на них) и в качестве морфизмов все возможные непрерывные отображения между топологическими пространствами, получим категорию топологических пространств (и непрерывных отображений) . Читателю также знакомы категории множеств (и их отображений), векторных пространств (и их линейных отображений), групп (и их гомоморфизмов) и колец (и их гомоморфизмов).

    Отображение топологических пространств называется гомеоморфизмом , если оно
    1) непрерывно,
    2) взаимно однозначно,
    3) обладает непрерывным двусторонним обратным отображением , то есть таким непрерывным отображением , что , .

    Для любого неодноточечного пространства постоянное отображение не является гомеоморфизмом (оно не взаимно однозначно и тем более не обратимо).

    Из непрерывности обратимого отображения не следует непрерывность обратного отображения . Пусть — тождественное отображение непустого множества наделенного дискретной топологией, в то же множество , наделенное любой другой топологией. Такое отображение непрерывно ( проверьте! ). Обратное отображение не является непрерывным.

    Приведем примеры гомеоморфных топологических пространств, известных из других курсов геометрии.

    1. Параболоид вращения, заданный в трехмерном евклидовом пространстве уравнением , гомеоморфен евклидовой плоскости.

    Для построения отображения, осуществляющего гомеоморфизм, будем считать, что плоскость задана уравнением (рис. 4). Отображение — проектирование параболоида на плоскость параллельно координатной оси — задается в координатах следующим образом:

    Обратное отображение плоскости на параболоид имеет вид:

    Оба отображения заданы непрерывными функциями и, следовательно, непрерывны, что и доказывает гомеоморфизм.

    2. Трехосный эллипсоид гомеоморфен сфере.

    Каноническое уравнение трехосного эллипсоида имеет вид:

    Уравнение сферы с центром в начале координат: Отображение эллипсоида на сферу, осуществляющее гомеоморфизм, задается в координатах следующим образом:

    Гомеоморфизм устанавливает взаимно однозначное соответствие между открытыми подмножествами гомеоморфных топологических пространств. В самом деле, в силу непрерывности отображения , осуществляющего гомеоморфизм, прообраз любого открытого в множества открыт, то есть

    Аналогично, в силу непрерывности обратного отображения прообраз при отображении любого открытого в множества также открыт:

    Доказанное означает, что если некоторое топологическое утверждение верно для одного из двух гомеоморфных топологических пространств, то такое же утверждение верно для другого. Гомеоморфные пространства топологически неразличимы, поэтому о них говорят, что они имеют один топологический тип.

    Отношение гомеоморфности в классе топологических пространств рефлексивно, симметрично и транзитивно, то есть является отношением эквивалентности (докажите!)

    Отображение топологических пространств называется локальным гомеоморфизмом, если у каждой точки пространства имеется такая окрестность , что ограничение отображения осуществляет гомеоморфизм окрестности на ее образ . При этом пространства и называются локально гомеоморфными .

    Топологические пространства могут быть негомеоморфными, но локально гомеоморфными. Таковы, например, тор (компактное пространство) и евклидова плоскость (некомпактное пространство.)

    Действительно, представим тор как поверхность, образованную вращением окружности около оси, лежащей в плоскости окружности и не пересекающей ее. Тогда точки тора снабжаются угловыми координатами, например, так, как показано на рисунке 5. Положительные углы отсчитываются от положительного направления оси в сторону положительного направления оси , положительные углы отсчитываются от плоскости в сторону положительного направления оси . Тогда область, соответствующая значениям угловых координат и , гомеоморфна прямоугольнику (рис. 6).

    Локальные гомеоморфизмы чрезвычайно важны в дифференциальной геометрии, а точнее — при построении дифференциального и интегрального исчислений на геометрических объектах, отличных от евклидова пространства (например, прямой или плоскости ).

    Видео:Геометрия и группы. Алексей Савватеев. Лекция 14.3. Топология. ГомеоморфизмыСкачать

    Геометрия и группы. Алексей Савватеев. Лекция 14.3. Топология. Гомеоморфизмы

    Окружность не гомеоморфна прямой

    I. Общая топология

    Часть топологии, ориентированная на аксиоматическое изучение непрерывности, называется общей топологией. Наряду с алгеброй, общая топология составляет основу современного теоретико-множественного метода в математике.

    Аксиоматически непрерывность можно определить многими (вообще говоря, неравносильными) способами. Общепринята аксиоматика, основывающаяся на понятии открытого множества. Топологической структурой, или топологией, на множестве Х называют такое семейство его подмножеств, называемых открытыми множествами, что: 1) пустое множество  и всё Х открыты; 2) объединение любого числа и пересечение конечного числа открытых множеств открыто. Множество, на котором задана топологическая структура, называют топологическим пространством. В топологическом пространстве Х можно определить все основные понятия элементарного анализа, связанные с непрерывностью. Например, окрестностью точки Окружность не гомеоморфна прямой называют произвольное открытое множество, содержащее эту точку; множество Окружность не гомеоморфна прямой называют замкнутым, если его дополнение Окружность не гомеоморфна прямой открыто; замыканием множества А называют наименьшее замкнутое множество, содержащее A; если это замыкание совпадает с X, то А называют всюду плотным в Х и т.д.

    По определению,  и Х являются одновременно замкнутыми и открытыми множествами. Если в Х нет других множеств, одновременно замкнутых и открытых, то топологическое пространство Х называют связным. Наглядно связное пространство состоит из одного «куска», а несвязное — из нескольких.

    Открытым покрытием топологического пространства Х называют семейство его открытых множеств, объединением которого является всё X. Топологическое пространство Х называют компактным (в другой терминологии — бикомпактным), если любое его открытое покрытие содержит конечное число элементов, также образующих покрытие. Классическая теорема Гейне — Бореля утверждает, что любое ограниченное замкнутое подмножество Окружность не гомеоморфна прямойкомпактно. Оказывается, что все основные теоремы элементарного анализа об ограниченных замкнутых множествах (например, теорема Вейерштрасса о том, что на таком множестве непрерывная функция достигает своего наибольшего значения) справедливы для любых компактных топологических пространств. Это определяет фундаментальную роль, которую играют компактные пространства в современной математике (особенно в связи с теоремами существования). Выделение класса компактных топологических пространств явилось одним из крупнейших достижений обшей топологии, имеющих общематематическое значение.

    Важные классы топологических пространств получаются наложением так называемых аксиом отделимости. Примером является так называемая аксиома Хаусдорфа, или аксиома T2, требующая, чтобы любые две различные точки обладали непересекающимися окрестностями. Топологическое пространство, удовлетворяющее этой аксиоме, называется хаусдорфовым, или отделимым. Некоторое время в математической практике встречались почти исключительно хаусдорфовы пространства (например, любое метрическое пространство хаусдорфово). Однако роль нехаусдорфовых топологических пространств в анализе и геометрии постоянно растет.

    Отображение Окружность не гомеоморфна прямойОкружность не гомеоморфна прямой топологическое пространства Х в топологическое пространство Y называют непрерывным отображением, если для любого открытого множества Окружность не гомеоморфна прямой множество Окружность не гомеоморфна прямой открыто в X. Непрерывное отображение называют гомеоморфизмом, если оно взаимно однозначно и обратное отображение Окружность не гомеоморфна прямой непрерывно. При этом топологические пространства Х и Y называются гомеоморфными топологическими пространствами. При гомеоморфизме устанавливается не только взаимно-однозначное соответствие между точками топологических пространств Х и Y, но и взаимно-однозначное соответствие между самими топологиями, т.е. между семействами открытых множеств и между семействами замкнутых множеств. Мы скажем, что некоторое свойство топологических пространств топологически инвариантно, если оно одинаково для гомеоморфных топологических пространств [6]. Поэтому все топологические свойства (то есть свойства, формулируемые в терминах открытых множеств) этих пространств одни и те же, и с топологической точки зрения гомеоморфные топологические пространства (то есть пространства, для которых существует хотя бы один гомеоморфизм Окружность не гомеоморфна прямой) следует считать одинаковыми (подобно тому, как в евклидовой геометрии одинаковыми считаются фигуры, которые можно совместить движением). Например, гомеоморфны («топологически одинаковы») окружность и граница квадрата, шестиугольника и т.п. Вообще любые две простые (не имеющие двойных точек) замкнутые линии гомеоморфны. Напротив, окружность не гомеоморфна прямой (ибо удаление точки не нарушает связности окружности, но нарушает связность прямой; по той же причине прямая не гомеоморфна плоскости, а окружность не гомеоморфна «восьмёрке»). Окружность не гомеоморфна также и плоскости (выкиньте не одну, а две точки).

    II. Топология многообразий

    Хаусдорфово паракомпактное топологическое пространство называется n-мерным топологическим многообразием, если оно «локально евклидово», то есть если каждая его точка обладает окрестностью (называемой координатной окрестностью, или картой), гомеоморфной топологическому пространству Окружность не гомеоморфна прямой. В этой окрестности точки задаются n числами x1,,xn, называемыми локальными координатами. В пересечении двух карт соответствующие локальные координаты выражаются друг через друга посредством некоторых функций, называемых функциями перехода. Эти функции задают гомеоморфизм открытых множеств в Окружность не гомеоморфна прямой, называются гомеоморфизмом перехода.

    Условимся произвольный гомеоморфизм между открытыми множествами из Окружность не гомеоморфна прямойназывать t-гомеоморфизмом. Гомеоморфизм, являющийся кусочно-линейным изоморфизмом, будем называть p-гомеоморфизмом, а если он выражается гладкими (дифференцируемыми любое число раз) функциями, — s-гомеоморфизмом.

    Пусть Окружность не гомеоморфна прямой = t, p или s. Топологическое многообразие называется Окружность не гомеоморфна прямой-многообразием, если выбрано такое его покрытие картами, что гомеоморфизмы перехода для любых его двух (пересекающихся) карт являются Окружность не гомеоморфна прямой-гомеоморфизмами. Такое покрытие задаёт Окружность не гомеоморфна прямой-структуру на топологическом многообразии X. Таким образом, t-многообразие — это просто любое топологическое многообразие, p-многообразия называются кусочно-линейными многообразиями. Каждое кусочно-линейное многообразие является полиэдром. В классе всех полиэдров n-мерные кусочно-линейные многообразия характеризуются тем, что любая их точка обладает окрестностью, кусочно-линейно изоморфной n-мерному кубу. s-многообразия называются гладкими (или дифференцируемыми) многообразиями. Окружность не гомеоморфна прямой-отображением Окружность не гомеоморфна прямой-многообразия называются при Окружность не гомеоморфна прямой=t произвольное непрерывное отображение, при Окружность не гомеоморфна прямой=s — произвольное кусочно-линейное отображение, при Окружность не гомеоморфна прямой=s — произвольное гладкое отображение, то есть непрерывное отображение, записывающееся в локальных координатах гладкими функциями. Взаимно однозначное Окружность не гомеоморфна прямой-отображение, обратное к которому также является Окружность не гомеоморфна прямой-отображением, называется Окружность не гомеоморфна прямой-гомеоморфизмом (при Окружность не гомеоморфна прямой=s также диффеоморфизмом), Окружность не гомеоморфна прямой-многообразия Х и Y называются Окружность не гомеоморфна прямой-гомеоморфными (при Окружность не гомеоморфна прямой=s — диффеоморфными), если существует хотя бы один Окружность не гомеоморфна прямой-гомеоморфизм Окружность не гомеоморфна прямой. Предметом теории Окружность не гомеоморфна прямой-многообразий является изучение Окружность не гомеоморфна прямой-многообразий и их Окружность не гомеоморфна прямой-отображений; при этом Окружность не гомеоморфна прямой-гомеоморфные Окружность не гомеоморфна прямой-многообразия считаются одинаковыми. Теория s-многообразий является частью кусочно-линейной Т. Теория s-многообразий называется также гладкой Т.

    Основной метод современной теории многообразий состоит в сведении её задач к проблемам алгебраических топологий для некоторых нужным образом сконструированных топологических пространств. Эта тесная связь теории многообразий с алгебраической топологией позволила, с одной стороны, решить много трудных геометрических проблем, а с другой — резко стимулировала развитие самой алгебраической топологии.

    Примерами гладких многообразий являются n-мерные поверхности в Окружность не гомеоморфна прямой, не имеющие особых точек. Оказывается (теорема вложения), что любое гладкое многообразие диффеоморфно такой поверхности (при Окружность не гомеоморфна прямой). Аналогичный результат верен и при Окружность не гомеоморфна прямой = t, p.

    Каждое p-многообразие является t-многообразием. Оказывается, что на любом s-многообразии можно некоторым естественным образом ввести p-структуру (которая называется обычно у айтхедовской триангуляцией). Можно сказать, что любое Окружность не гомеоморфна прямой-многообразие, где Окружность не гомеоморфна прямой= p или s, является Окружность не гомеоморфна прямой’-многообразием, где Окружность не гомеоморфна прямой=t или p. Ответ на обратный вопрос: на каких Окружность не гомеоморфна прямой’-многообразиях можно ввести Окружность не гомеоморфна прямой-структуру (такое Окружность не гомеоморфна прямой’-многообразие при Окружность не гомеоморфна прямой’ = p называется сглаживаемым, а при Окружность не гомеоморфна прямой’=t — триангулируемым), а если можно, то сколько? — зависит от размерности n.

    Существует только два одномерных топологических многообразия: окружность S 1 (компактное многообразие) и прямая линия Окружность не гомеоморфна прямой(некомпактное многообразие). Для любого Окружность не гомеоморфна прямой=p,s на t-многообразиях S 1 и Окружность не гомеоморфна прямойсуществует единственная Окружность не гомеоморфна прямой-структура.

    Аналогично, на любом двумерном топологическом многообразии (поверхности) существует единственная Окружность не гомеоморфна прямой-структура, и можно легко описать все компактные связные поверхности (некомпактные связные поверхности также могут быть описаны, но ответ получается более сложный). Для того чтобы поверхности были гомеоморфны, достаточно, чтобы они были гомотопически эквивалентны. При этом гомотопический тип любой поверхности однозначно характеризуется её группами гомологий. Существует два типа поверхностей: ориентируемые и неориентируемые. К числу ориентируемых принадлежит сфера S 2 и тор T 2 . Пусть Х и Y — два связных n-мерных Окружность не гомеоморфна прямой-многообразия. Вырежем в Х и Y по шару (при n = 2 — диску) и склеим получившиеся граничные сферы (при n = 2 — окружности). При соблюдении некоторых само собой разумеющихся предосторожностей в результате снова получим Окружность не гомеоморфна прямой-многообразие. Оно называется связной суммой Окружность не гомеоморфна прямой-многообразий Х и Y и обозначается X#Y. Например, T 2 #T 2 имеет вид кренделя. Сфера S n является нулём этого сложения, то есть S n #X = Х для любого X. В частности, S 2 #T 2 =T 2 . Оказывается, что ориентируемая поверхность гомеоморфна связной сумме вида S 2 #T 2 #. #T 2 , число p слагаемых T 2 называется родом поверхности. Для сферы p = 0, для тора p = 1 и т. д. Поверхность рода p можно наглядно представлять себе как сферу, к которой приклеено p «ручек». Каждая неориентируемая поверхность гомеоморфна связной сумме Окружность не гомеоморфна прямойP 2 # … #Окружность не гомеоморфна прямойP 2 некоторого числа проективных плоскостей Окружность не гомеоморфна прямойP 2 . Её можно представлять себе как сферу, к которой приклеено несколько Мебиуса листов.

    На каждом трёхмерном топологическом многообразии при любом Окружность не гомеоморфна прямой=p, s также существует единственная Окружность не гомеоморфна прямой-структура и можно описать все гомотопические типы трёхмерных топологических многообразий (однако групп гомологий для этого уже недостаточно). В то же время, до сих пор не описаны все (хотя бы компактные связные) трёхмерные топологические многообразия данного гомотопического типа. Это не сделано даже для односвязных многообразий (все они гомотопически эквивалентны сфере S 3 ). Гипотеза Пуанкаре утверждает, что любое такое многообразие гомеоморфно S 3 .

    Для четырёхмерных (компактных и связных) топологических многообразий вопрос о существовании и единственности Окружность не гомеоморфна прямой-структур (Окружность не гомеоморфна прямой = p, s) ещё не решен, а их гомотопический тип описан только в предположении односвязности. Справедлив ли для них аналог гипотезы Пуанкаре, неизвестно.

    Замечательно, что для компактных и связных топологических многообразий размерности Окружность не гомеоморфна прямой ситуация оказывается совсем иной: все основные задачи для них можно считать в принципе решенными (точнее, сведёнными к проблемам алгебраической топологии). Любое гладкое многообразие Х вкладывается как гладкая (n-мepная) поверхность в Окружность не гомеоморфна прямой; и касательные векторы к Х составляют некоторое новое гладкое многообразие TX, которое называется касательным расслоением гладкого многообразия X. Вообще, векторным расслоением над топологическим пространством Х называется топологическое пространство Е, для которого задано такое непрерывное отображение Окружность не гомеоморфна прямой : Окружность не гомеоморфна прямой, что для каждой точки Окружность не гомеоморфна прямой прообраз v (слой) является векторным пространством и существует такое открытое покрытие <Окружность не гомеоморфна прямой> пространства X, что для любого Окружность не гомеоморфна прямой прообраз Окружность не гомеоморфна прямой(Окружность не гомеоморфна прямой) гомеоморфен произведению Окружность не гомеоморфна прямой Окружность не гомеоморфна прямой Окружность не гомеоморфна прямой, причём существует гомеоморфизм Окружность не гомеоморфна прямой (Окружность не гомеоморфна прямой)Окружность не гомеоморфна прямой Окружность не гомеоморфна прямой Окружность не гомеоморфна прямой Окружность не гомеоморфна прямой, линейно отображающий каждый слой Окружность не гомеоморфна прямой, Окружность не гомеоморфна прямой, на векторное пространство Окружность не гомеоморфна прямой Окружность не гомеоморфна прямой. При Е = TX непрерывное отображение Окружность не гомеоморфна прямой сопоставляет с каждым касательным вектором точку его касания, так что слоем Окружность не гомеоморфна прямой будет пространство, касательное к Х в точке х. Оказывается, что любое векторное расслоение над компактным пространством Х определяет некоторый элемент группы KO(X). Таким образом, в частности, для любого гладкого, компактного и связного многообразия Х в группе KO(X) определён элемент, соответствующий касательному расслоению. Он называется тангенциальным инвариантом гладкого многообразия X. Имеется аналог этой конструкции для любого Окружность не гомеоморфна прямой. При Окружность не гомеоморфна прямой = p роль группы KO(X) играет некоторая другая группа, которая обозначается KPL(X), а при Окружность не гомеоморфна прямой = t роль этой группы играет группа, обозначаемая KTop(X). Каждое Окружность не гомеоморфна прямой-многообразие Х определяет в соответствующей группе [КО(Х), KPL(X) или KTop(X)] некоторый элемент, называемый его Окружность не гомеоморфна прямой-тангенциальным инвариантом. Имеются естественные гомоморфизмы KO(X) Окружность не гомеоморфна прямой KPL(X) Окружность не гомеоморфна прямой KTop(X), и оказывается, что на n-мерном (Окружность не гомеоморфна прямой) компактном и связном Окружность не гомеоморфна прямой‘-многообразии X, где Окружность не гомеоморфна прямой‘ = t, p, тогда и только тогда можно ввести Окружность не гомеоморфна прямой-структуру (Окружность не гомеоморфна прямой = р, если Окружность не гомеоморфна прямой= t, и Окружность не гомеоморфна прямой = s, если Окружность не гомеоморфна прямой‘ = p), когда его Окружность не гомеоморфна прямой‘-тангенциальный инвариант лежит в образе соответствующей группы [KPL(X) при Окружность не гомеоморфна прямой‘ = t и KO(X) при Окружность не гомеоморфна прямой‘ = p]. Число таких структур конечно и равно числу элементов некоторого множества [X, Окружность не гомеоморфна прямой], где Окружность не гомеоморфна прямой — некоторое специальным образом сконструированное топологическое пространство (при Окружность не гомеоморфна прямой= s топологическое пространство Окружность не гомеоморфна прямойобозначается обычно символом PL/O, а при Окружность не гомеоморфна прямой = p — символом Top/PL). Тем самым вопрос о существовании и единственности Окружность не гомеоморфна прямой-структуры сводится к некоторой задаче теории гомотопий. Гомотопический тип топологического пространства PL/O довольно сложен и до сих пор (1976) полностью не вычислен; однако известно, что Окружность не гомеоморфна прямой(PL/O) = 0 при Окружность не гомеоморфна прямой, откуда следует, что любое кусочно-линейное многообразие размерности Окружность не гомеоморфна прямой сглаживаемо, а при Окружность не гомеоморфна прямой единственным образом. Напротив, гомотопический тип топологического пространства Top/PL оказался удивительно простым: это пространство гомотопически эквивалентно K(ℤ2, 3). Следовательно, число кусочно-линейных структур на топологическом многообразии не превосходит числа элементов группы H 3 (X, ℤ2). Такие структуры заведомо существуют, если H 4 (X, ℤ2) = 0, но при H 4 (X, ℤ2) Окружность не гомеоморфна прямой 0 кусочно-линейной структуры может не существовать.

    В частности, на сфере S n существует единственная кусочно-линейная структура. Гладких структур на сфере S n может быть много, например, на S 7 существует 28 различных гладких структур. На торе T n (топологических произведении n экземпляров окружности S 1 ) существует при Окружность не гомеоморфна прямоймного различных кусочно-линейных структур, которые все допускают гладкую структуру. Таким образом, начиная с размерности 5, существуют гомеоморфные, но не диффеоморфные гладкие многообразия; сферы с таким свойством существуют, начиная с размерности 7. Задачу описания (с точностью до Окружность не гомеоморфна прямой-гомеоморфизма) всех n-мерpных (Окружность не гомеоморфна прямой) связных компактных Окружность не гомеоморфна прямой-многообразий естественно решать в два этапа: искать условия гомотопической эквивалентности Окружность не гомеоморфна прямой-многообразий и условия Окружность не гомеоморфна прямой-гомеоморфности гомотопически эквивалентных Окружность не гомеоморфна прямой-многообразий. Первая задача относится к гомотопической топологии и в её рамках может считаться полностью решенной. Вторая задача также по существу полностью решена (во всяком случае для односвязных Окружность не гомеоморфна прямой-многообразий). Основой её решения является перенос в высшие размерности техники «разложения на ручки». С помощью этой техники удаётся, например, доказать для n-мерных (Окружность не гомеоморфна прямой) топологических многообразий гипотезу Пуанкаре (связное компактное топологическое многообразие, гомотопически эквивалентное сфере, гомеоморфно ей).

    Актуальность данной темы в том, что классификация трехмерных топологических многообразий представляет несомненный интерес для развития теорий жидких кристаллов, для решения проблемы классификации элементарных частиц и множества других разделов теоретической физики.

    1. Александров П. С. Введение в теорию множеств и общую топологию / П. С. Александров. – М.: Наука, 1977. – 368с.

    2. Кириллов А. А. Элементы теории представлений / А. А. Кириллов. – М.: Наука. – 1978.

    3. Понтрягин Л. С. Непрерывные группы / Л. С. Понтрягин. – М.: Наука, 1968.

    4. Серр Ж. П. Линейные представления конечных групп / Ж. П. Серр. – М.: Мир, 1970.

    5. Келли Дж. Общая топология / Дж Келли. Пер. с англ.. – 2-е изд. – М.: Наука, 1981. – 432 с.

    6. Мищенко А.С., Фоменко А.Т. Курс дифференциальной геометрии и топологии / А.С. Мищенко, А.Т. Фоменко – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1980. – 439 с.

    📺 Видео

    Гомотопическая эквивалентность.Скачать

    Гомотопическая эквивалентность.

    Лекция 34 | Геометрия и топология | Сергей Иванов | ЛекториумСкачать

    Лекция 34 | Геометрия и топология | Сергей Иванов | Лекториум

    Гугнин Д.В. - Геометрия. Часть 4. Семинары - 5. Гомеоморфные и гомотопные многообразияСкачать

    Гугнин Д.В. - Геометрия. Часть 4. Семинары - 5. Гомеоморфные и гомотопные многообразия

    Фоменко Т. Н. - Основы общей топологии - Факторизация геометрических фигурСкачать

    Фоменко Т. Н. - Основы общей топологии - Факторизация геометрических фигур

    Ошемков А. А. - Наглядная геометрия и топология. Семинары - Семинар 5Скачать

    Ошемков А. А. - Наглядная геометрия и топология. Семинары - Семинар 5

    Фоменко А. Т. - Элементы топологии и симплектической геометрии - Гладкие многообразияСкачать

    Фоменко А. Т. - Элементы топологии и симплектической геометрии - Гладкие многообразия

    Топология-1, лекция 8, Ю.М.БурманСкачать

    Топология-1, лекция 8, Ю.М.Бурман

    Фоменко Т. Н. - Основы общей топологии - Непрерывные отображения в произведении пространствСкачать

    Фоменко Т. Н. - Основы общей топологии - Непрерывные отображения в произведении пространств

    Фоменко Т. Н. - Основы общей топологии - Непрерывные отображения и гомеоморфизмыСкачать

    Фоменко Т. Н. - Основы общей топологии -  Непрерывные отображения и гомеоморфизмы

    Топология 6 | Общая топология. Топологические пространства. Многообразия. Гомеоморфизмы.Скачать

    Топология 6 | Общая топология. Топологические пространства. Многообразия. Гомеоморфизмы.

    Лекция 9 | Геометрия и топология | Сергей Пилюгин | ЛекториумСкачать

    Лекция 9 | Геометрия и топология | Сергей Пилюгин | Лекториум

    Беседы о математике Топология 1Скачать

    Беседы о математике  Топология 1

    Лекция 6. Гомотопность ломаных. Векторные поляСкачать

    Лекция 6. Гомотопность ломаных. Векторные поля

    Лекция 35 | Геометрия и топология | Сергей Пилюгин | ЛекториумСкачать

    Лекция 35 | Геометрия и топология | Сергей Пилюгин | Лекториум

    Лекция 1 | Группы, действующие на окружности | Илья АлексеевСкачать

    Лекция 1 | Группы, действующие на окружности | Илья Алексеев

    Лекция 39 | Геометрия и топология | Сергей Пилюгин | ЛекториумСкачать

    Лекция 39 | Геометрия и топология | Сергей Пилюгин | Лекториум

    Фоменко А. Т. - Элементы топологии и симплектической геометрии - Расслоение ХопфаСкачать

    Фоменко А. Т. - Элементы топологии и симплектической геометрии - Расслоение Хопфа

    Фоменко А. Т. - Элементы топологии и симплектической геометрии -Классификация двумерных многообразийСкачать

    Фоменко А. Т. - Элементы топологии и симплектической геометрии -Классификация двумерных многообразий
    Поделиться или сохранить к себе: