数学心

第三百八十一章 拓扑学(拓扑学)(1/2)

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1966年,英国拓扑学家马克·阿姆斯特朗对自己的老师知名拓扑学家 Erik Zeeman说:“拓扑学是如何开始的?”

Erik Zeeman说:“从欧拉的七桥定理开始的,从这个中间把七桥的模型画成图论,从图论中分析出拓扑等价。”

马克说:“听起来很简单,那如何去研究拓扑学呢?”

Erik Zeeman说:“主要就是分类,对不同的拓扑结构进行分类。分类出很多曲面,对曲面解构成抽象空间,然后找到拓扑不变量去分类。”

马克说:“那要分类很多曲面,是什么曲面?有标准吗?”

Erik Zeeman说:“是的,要严格的连续曲面,不能是离散的。”

马克说:“如何说明是连续的?”

Erik Zeeman说:“就跟我说的一样,这是一个抽象空间,这个空间需要由开集和闭集这样的东西给组成。然后开集和闭集需要引入连续映射系统来完整这个函数的描述。”

马克说:“为什么要用开集和闭集这样的东西?”

Erik Zeeman说:“因为严格。如果使用几何、数字、符号或者是其他的描述拓扑的系统,都缺乏严格性。如果时间久了会出现很多我们不想要的漏洞。”

马克说:“我明白了。”

Erik Zeeman说:“在这样的前提下,就可以大胆的研究映射,让曲线充分的施展开来。可以让普通的曲线因为映射充满整个空间。同时开始使用Tietze扩张定理。”

马克说:“扩张?如何扩张?”

Erik Zeeman说:“是R的n维空间的有理点集,扩张到整个空间。”

马克说:“扩张到所有的无理点集?”

Erik Zeeman说:“恩,是这个意思。”

马克说:“不错,可是刚刚说的这个开集和闭集,这个如何算严格,怎么去连续,变得光滑?”

Erik Zeeman说:“需要有紧致性和连通性,加有界闭集这种概念。闭集是bai两边类似[1,10];有界集两边是(1,10],[1,10)两种。”

马克说:“有界之后,如何紧致化?”

Erik Zeeman说:“这是海涅-博雷尔定理或有限覆盖定理、定理的主要内容是度量空间的子集是紧致的,当且仅当它是完备的并且完全有界的。”

马克说:“是子集紧致就行吗?那能不能在详细一些,紧致空间的性质是什么?”

Erik Zeeman说:“紧致性本质上是有限性条件,有限性条件破解类似一日之椎,日取其半,万世不可遏这样的意思。假如孙悟空在如来的手掌心翻跟斗,跟斗云是一个任意序列,停在如来的手指旁是存在一个子列收敛,留下到此一游的字和撒尿是在一个有界的闭集里。或者一个瓶子里装高尔夫球后,可以装石子,然后还可以装沙子,最后还可以装水,这都说明原来的东西不够紧。这些都可以作为例子来想。”

马克说:“不错,这个解释变得清晰了一些。”

Erik Zeeman说:“然后,就需要了解乘积空间。”

马克说:“乘积空间是干什么的,是要把拓扑空间乘起来吗?”

Erik Zeeman说:“没错,打个比方,就是R的n维空间是n个R直线乘起来的。”

马克说:“这个是在高维度实数坐标中的一种比喻。”

Erik Zeeman说:“现在开始研究连通性。如果非空的A和B都是分离并,他们都在X中,一般是不连通的。”

马克说:“什么?”

Erik Zeeman继续说:“如果X让分离并连通了,就称之为连通的。”

马克说:“R的n维空间是连通的吗?”

Erik Zeeman说:“是连通的。”

Erik Zeeman:“拓扑世界有两种,一个是连通,一个是不通。”

马克说:“如何去判定这些?”

Erik Zeeman:“比如一个实心圆球内部是处处通,若有一个洞,这个洞不通。”

马克觉得研究拓扑,终归就是说很多东西是不是等价的,或者是符合什么什么特性的,他说:“为了这是干嘛?是为了给各种不同的拓扑进行分类?这是最合理的分类方法?”

Erik Zeeman:“没错,之后谈拓扑分类时,都是用道路连通性这类符号去运算各种东西的。毕竟拓扑不看尺寸的长短和面积的大小之类的东西。计算的是一种性质,类似洞数等等之类的,同时也要研究这些不同拓扑直接是否是同一种类型。”

马克说:“然后运算是如何远算的?有四则运算这种吗?”马克脑子里有点晕,在想数字计算的事情,没有用心问问题。

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