-
同倫
鎖定
- 中文名
- 同倫
- 外文名
- Homotopy
- 相關術語
- 拓撲空間
- 應用學科
- 數學
- 所屬領域
- 數學
- 定 義
- 描述了兩個對象間的“連續變化”
同倫描述
拓撲學家中流傳着這麼一句俏皮話:“一個拓撲學家分不清麪包圈和咖啡杯的差別。”這是因為兩者是同倫的,即麪包圈可以連續形變成咖啡杯。在施瓦辛格主演的科幻電影《終結者2》裏面那個液態機器人殺手,它的每次變化都可以視為同倫變換。 但那次被施瓦性格用槍打爆腦袋不能算同倫變化, 因為這不是連續地形變。同倫是關於映射的等價關係,同倫等價才是關於空間的等價關係。最後舉的兩個例子更適合在同胚的概念中提及,在此處提雖然從邏輯上講沒錯,但也容易讓初學者混淆。 建議舉不同倫的例子如下:兩個映射,一個是圓周到自身的恆同映射,另一個則是自變量在圓周上轉一圈時相應的映射的值在圓周上轉兩圈。舉同倫等價的例子如下:“日”字和“8”字。
同倫產生
同倫和倫移的定義由brouwer於1911年給出,雖然它的直觀的觀念形變(deformation)早在lagrange時代的變分學中已經出現並被使用,或許還可以追溯到更早。
同倫函數的同倫
換言之:每個參數 t對應到一個函數
;隨着參數值t從 0 到 1 變化,H連續地從f變化到g。
另一種觀點是:對每個
,函數H 定義一條連接f(x) 與g(x)的路徑:
例一:取
, f(x)=1及g(x)=-1。則f與 g透過下述函數在Y中同倫。
H(x,t)=1-2t(注意到此例子不依賴於變數x,通常並非如此。)
注:“在Y中同倫”的説法提示一個重點:在例一中若將Y=R代為子空間
,則雖然f與g仍取值在Y,但此時它們並不同倫。此點可藉中間值定理驗證。
例二:取
及g(x)=0。f描繪一個以原點為圓心之單位圓;g停在原點。f與g透過下述連續函數同倫:
同倫相對同倫
同倫空間同倫等價
給定兩個拓撲空間E 與F,我們稱之同倫等價(或稱具相同倫型),當且僅當存在兩個連續映射
與
,使得:
同胚藴含同倫,反之則不然,詳見以下例子:
例三:
一個平面上的圓或橢圓同倫等價到
,即去掉一點的平面。線段[a,b]、閉圓盤及閉球間兩兩同倫等價,它們皆同倫等價於一個點。
同倫同痕
同痕是同倫的加細版;我們進一步要求所論的函數
和
是嵌入,並要求兩者間可用一族嵌入映射相連。
定義: f與 g被稱為同痕的,當且僅當存在連續映射
使之滿足:
同痕的概念在紐結理論中格外重要:若兩個結同痕,則我們視之相等;換言之,可以在不使結扯斷或相交的條件下彼此連續地變形。