关于空间的拓扑分类这是一个既重要又有趣然而也是非常难的问_第1页
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关于空间的拓扑分类这是一个既重要又有趣然而也是非常难的问_第3页
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文档简介

1、关于空间的拓扑分类,这是一个既重要又有趣,然而也是非常难的问题,至今没有能完全解决。但限于闭曲面的情形,结果是非常完满的。它是数学中为数不多的几个完整的漂亮定理之一。 在众多的闭曲面中,球面显然是首先会被想到的,实际上,它可以作为构造其他的闭曲面的出发点。 为了从球面得到其他的闭曲面,先在球面上剪去几块,或者换一种说法,就是打些洞,然后再用适当的“补钉”将这些洞补上。当然,为了得到新的闭曲面,不能用刚剪下来的那种小圆片当“补钉”,而应换用其他类型的曲面。显然,如果用平环(如图1所示的阴影部分)  作为“补钉”来补(平环的外圆周和洞的边缘粘合),那么球面上的洞补好了,而平环本身的洞(内

2、圆周)仍空着。为了补这个新出现的洞,显然只要把它和球面上另一个洞的边缘粘合即可。这样,用平环(它拓扑等价于圆柱面)这种“补钉”来补洞,一次就可将两个洞补好。也就是说,把圆柱面的上端圆周和球面上的一个洞的边缘(也是一个圆周)粘合,而把下端圆周和球面上的另一个洞的边缘粘合。图2为用这种办法修补后得到的闭曲面。这种曲面由于像给球面安了个柄,故称它为带有一个柄的球面。显然,我们可以往球面上安任意多个柄,这些具有不同数目的柄的球面,构成不同胚的闭曲面的“一半”。在介绍另“一半”之前,应注意到以上的闭曲面都是双侧的,即其中一侧可以涂一种颜色,而另一侧则可涂另一种颜色。 用平环这种“补钉”修补球面上的洞时,

3、先是将外圆周和一个洞的边缘粘合,然后再将内圆周和另一个洞的边缘粘合。这样做的理由是因为最后要得到闭曲面。为了得到闭曲面,也可以直接将内圆周上的点,按粘合对径点(同一条直径上的两个端点)的方式把它封闭起来。这种先将内圆周沿对径点粘好的“补钉”,称为“交叉帽”,一个交叉帽可以补一个洞。带有任意多个交叉帽的球面,就构成另一半闭曲面。总而言之,任意一个闭曲面,它不是和一个安有若干个柄的球面同胚,就是和一个带有某些个交叉帽的球面同胚。 交叉帽是将平环的内圆周沿对径点粘合。现将平环沿AB和DE剪开(图3),得到ACDEF和ABCDEG 两块(这里A剪开成A和A,B、D、E,同此,但B和D是对径点应粘合,故B、B,D、D为同一点)。现将这两块沿BCD和DCB粘合。如图4,所示,在长方形中,两垂直边AE和AE沿标明方向粘合。这种将长方形的一对边,扭180°再粘合而得到的曲面叫做麦比乌斯带(见彩图)。因此交叉帽就是麦比乌斯带。它除了只有一个边缘(平环的外圆周)这一特点外,还有另一个特点单侧,即不能用两种不同的颜色来涂满两个侧面。因此带交叉帽的球面也是单侧的。  带一个交叉帽的球面,就是投影平面(投影平面就是将单位圆的对径点粘合而得,见图5。由于对径点粘合,故阴影部分同胚于有一个洞的球面,而余下部分为麦比乌斯带);带两个交叉

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