球面和环面不同胚的个人理解

睿睿分享 2024-12-02 14:42:48

‌球面‌:是一个连通空间,没有孔洞,因此是单连通的。

环面‌:也是一个连通空间,但它有一个孔洞,因此是双连通的。

球面同胚到一张长方形的纸,环面是一张长方形纸,然后把对边等价起来。

单位圆盘和单位正方形

单位圆盘D和单位正方形是同胚的。这意味着它们可以通过连续变换互相转化,而不需要撕裂或粘合。具体来说,可以通过将正方形的一边不断拉伸、弯曲,最终形成一个圆盘‌。

开区间(-1, 1)与实直线R

开区间(-1, 1)与实直线R是同胚的。这意味着可以通过连续变换将开区间(-1, 1)映射到实直线R上,反之亦然‌。

拓扑空间同胚的定义和性质

同胚是拓扑空间范畴中的同构,保持给定空间的所有拓扑性质。具体来说,同胚映射需要满足以下条件:

‌双射‌:既是单射又是满射。‌连续‌:映射函数f是连续的。‌反函数连续‌:反函数f^-1也是连续的‌

同胚的定义如下:

从以上定义可以看到,两个拓扑空间同胚,意味着两个空间的每个集合存在一一对应的关系。

下面是个人对于球面与环面不同胚这个问题的简单理解:

由于单位圆盘D和单位正方形同胚,而环面中间的孔洞无论如何缩小,也一定存在一个洞,极限情况就是这个洞变成一个点,假设这个点就是原点。

所以,对于环面来说,至少存在正方形的原点在对应的环面里面找不到对应的像,也就是说正方形和环面之间不存在一一对应的关系,因而两者不同胚。而同胚关系是一种等价关系,按照传递原则,得到环面和球面不同胚的结论。

以上是个人理解,有问题欢迎批评指正。

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