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歐拉示性數
鎖定
- 中文名
- 歐拉示性數
- 外文名
- Euler characteristic
- 提出者
- 萊昂哈德·歐拉
- 適用範圍
- 數理科學
歐拉示性數定義
如果一個拓撲空間 X 有有限的三角剖分 h:X→ |K|,X 的歐拉示性數
定義為它的剖分復形 K 的各個維數單純形個數(即單純鏈復形的秩)的交錯和,即
。
對於有限CW-復形(CW-Complex)包括有限單純復形(simplicial complex),歐拉示性數可以定義為交錯和
歐拉示性數和三角化的選擇無關。公式也可用於到任意多邊形的分解。
對於圓盤,我們有
, 對於平面我們有
, 數的時候把外面作為一個面。
對於閉黎曼曲面,歐拉示性數也可以通過曲率的積分得到—參看對於二維情況的高斯-博內定理(Gauss-Bonnet)和對於一般情況的廣義高斯-博內定理。高斯-博內定理的離散情況的對應是笛卡兒定理,它表明多面體用完整圓圈測量的“總虧量” ,是多面體的歐拉示性數;參看虧量。
這個定義在貝蒂數全都有限並且在一個特定指標
以外為0時有意義。
從這個定義和龐加萊對偶性,可以得到所有閉合奇數維流形的歐拉數為0的結論。
如果M和N是拓撲空間,則它們的積空間M×N的歐拉示性數為
歐拉示性數緊定向流形的歐拉示性數
設M為n維緊定向流形,則其歐拉示性數定義為χ(M)=∑nk=0(-1)kdimHk(M)。
歐拉示性數經典公式
有關歐拉示性數的一個經典的公式是
歐拉示性數歷史
第一個歐拉公式的嚴格證明,由20歲的柯西給出,大致如下:
從多面體去掉一面,通過把去掉的面的邊互相拉遠,把所有剩下的面變成點和曲線的平面網絡。不失一般性,可以假設變形的邊繼續保持為直線段。正常的面不再是正常的多邊形即使開始的時候它們是正常的。但是,點,邊和麪的個數保持不變,和給定多面體的一樣(移去的面對應網絡的外部)。
重複一系列可以簡化網絡卻不改變其歐拉數(也是歐拉示性數)F−E+V的額外變換。
1、若有一個多邊形面有3條邊以上,我們劃一個對角線。這增加一條邊和一個面。繼續增加邊直到所有面都是三角形。
2、除掉只有一條邊和外部相鄰的三角形。這把邊和麪的個數各減一而保持頂點數不變。
3、(逐個)除去所有和網絡外部共享兩條邊的三角形。這會減少一個頂點、兩條邊和一個面。
重複使用第 2 步和第 3 步直到只剩一個三角形。對於一個三角形F=2(把外部數在內),E=3 ,V=3 。所以F−E+V=2 。證畢。