拓扑学速通(吗?

标题是开玩笑的,速通不了一点。只是打算走马观花过一遍,留点印象。但是斯格明子确实大量涉及拓扑学知识,现在直接去看完全看不懂,于是找了本拓扑学讲义来看看。虽然没有考核要求,我也不可能速通完就掌握拓扑学,但起码需要有个基本概念吧。
大概了解有这么个东西,大概理解其概念,记住其出现的位置,想不起来时也好找。
320 页说是。不过作为教材,脉络还是相当清晰的。

疑惑

广义斯格明子和那篇文章大量使用了拓扑学的概念,斯格明子本身、斯格明子数、操作斯格明子数的同伦变换、还有边界条件,应该也全都是拓扑学的概念。
希望速通完,能对上述概念有个基本的了解。

序言

分为点集拓扑和代数拓扑,侧重于代数拓扑。点集拓扑有:

  • 拓扑空间,连续映射
  • 乘积空间,商空间,紧致性,连通性

代数拓扑有:

  • 基本群、复叠空间、单纯同调群等

看目录是:

  • 拓扑空间和连续性
  • 重要拓扑性质
    • 分离公理和可数公理
    • 啥啥引理
    • 紧致性
    • 连通性
    • 道路连通性
    • 拓扑性质,同胚
  • 商空间,闭曲面
    • 拓扑流形
  • 同伦,基本群
    • 基本群与同伦
  • 复叠空间
    • 复叠变换
    • 正则复叠空间
    • 复叠空间存在定理
  • 单纯同调群
    • 单纯复合形
    • 单纯复合形的同调群
    • 单纯映射
    • 重心重分,单纯逼近存在定理
    • 连续映射诱导的同调群同态
    • 同伦不变性
  • 映射度,不动点
    • 球面自映射的映射度
    • 保径映射的映射度

值得关注的是:

  • 基础概念:
    • 拓扑空间,连续
    • 拓扑性质
    • 乘积空间,商空间,复叠空间
    • 同伦相关
    • 群论
  • 同伦
  • 拓扑流形与闭曲面

引言

什么是拓扑?
初印象感觉类似图论,只在乎边、点,不在乎具体是什么形状。


作为范例,有 Eular 多面体定理:对于面数 f,棱数 l,顶点数 v,有 $f-l+v=2$。可以推广到球面上一个连通图的节点数、枝数、分割球面构成的面块数,式子形式相同,说明 Eular 定理有拓扑性质。
对于环面,上述式子不成立,而是 $f-l+v=0$。
这个式子得到的数字被称为 Eular 数


拓扑性质,与几何图形大小形状无关,而是整体结构上的性质。保持拓扑性质不变的变换称拓扑变换,变换前后的图形是同胚的,变化一一对应(不重叠,无新点),连续(不粘连,不撕裂)。、
映射的连续性是关键概念 。
拓扑变换,映射 f 类似于函数,X 到 Y 可以视作是点到点的变换。
笛卡尔积:理解为将 X 和 Y 分别作为坐标两轴,构成 (x, y) 坐标集合。

拓扑空间

不同于欧式空间和度量空间的新空间结构,衡量拓扑结构。
需要能够刻画连续性概念。
有非空集合 X。
定义
$2^x$ 是 X 的幂集,其子集是 X 的子集族。X 的一个子集族被称为 X 的一个拓扑。如果这个拓扑:

  1. 包含 X 和空集
  2. 其任一多个成员的并集仍然包含在它中
  3. 其有限多个成员的交集仍然包含在它中
    1. 或者其中两个成员的交际仍在它中

于是 X 和它的这个拓扑一起,被称为一个拓扑空间,称这个拓扑中的成员为这个拓扑空间的开集
一个集合可以规定不同的拓扑,但是可以用集合称呼一个拓扑空间。
$2^x$ 是 X 上的一个拓扑,被称为离散拓扑;X 和空集也是 X 上的拓扑,平凡拓扑
精细:如果一个拓扑包含另一个拓扑,称其比另一个精细/大。离散拓扑最大,平凡拓扑最小。
余有限拓扑:无限集合 X 的有限大拓扑,再加上空集。
余可数拓扑:不可数无穷集合 X 的可数子集,再加上空集。
欧式拓扑:实数集 R 的若干个(可以为零,也可以为无限)开区间的并集。


度量拓扑
集合 X 上的一个度量 d 是一个映射 d:X×X->R,有

  1. 正定性:d (x, x)=0, d (x, y)>=0
  2. 对称性:d (x, y)=d (y, x)
  3. 三角不等式:d (x, z)<=d (x, y)+d (y, z)

如果集合 X 上规定了度量 d,称度量空间
$R^n$ 上的度量,可以通过某种方式构成欧式距离,将 $E^n=(R^n,d)$ 即为n 维欧式空间
如果 (X, d) 是一个度量空间,那么 X 有子集可以定义为球形邻域。两个球形邻域的交集可以被视作是若干个球形邻域的并集。


基本概念

  1. 开集:
    1. 设 A 是度量空间 X 的一个子集。如果 A 中的每一个点都有一个以该点为中心的邻域包含于A,则称 A 是度量空间 X 中的一个开集。
    2. 类似于开区间
  2. 闭集:
    1. 是开集的余集。
    2. X 本身和空集都是闭集。
    3. 闭集的交集是闭集。
    4. 有限个闭集的并集是闭集。
  3. 领域、内点、内部:
    1. 有 A 是拓扑空间 X 的子集,x 属于 A,如果存在开集 U 包含于 A,x 属于 U,那么 x 是 A 的一个内点,A 是 x 的一个领域,A 所有内点的集合称 A 的内部。
  4. 聚点,闭包:
    1. 有 A 是拓扑空间 X 的子集,x 属于 X,如果 x 的每个邻域都含有 $A∖ {x}$ (意思是 A 去掉 x 之后剩下的所有元素,也就是 A 和 {x} 的差集),那么 x 是 A 的聚点,A 所有聚点的集合称导集,记作 A’,有 A 和 A’ 的并集是 A 的闭包
    2. X 的子集 A 和 B 互为余集,那么 A 的闭包和 B 的内部互为余集。
    3. 如果 A 包含于 B,那么 A 的闭包包含于 B 的闭包。
  5. 序列的收敛性:
    1. 非常基本的一个概念
    2. 有序列 ${x_n}$,是 X 中的序列,有 $x_0$ 的任一领域 U 包含 ${x_n}$ 的几乎所有项,那么 ${x_n}$ 收敛到 $x_0$
    3. 序列 ${x_n}$ 可能收敛到多个点

都是相对概念。


子空间
对于一个空间,有非空子集 A,A 的子集族是 A 上的一个拓扑,于是称为原拓扑导出的 A 上的子空间拓扑,称 A 和新拓扑组成原空间的子空间。
于是拓扑空间的自己都看作拓扑空间,即子空间。

连续映射

是局部性概念。对映射 f 从 X 到 Y 任一点连续,则 f 是连续映射。

同胚映射

同胚映射 = 拓扑变换
要求X 到 Y 是一一对应的,f 和逆 f 都是连续的。
注意 f 的逆连续这个条件不可忽视

乘积空间,拓扑基

有 $X_1$ 和 $X_2$,有 $j_i: X_1×X_2->X_i$ 为 $j_i(x_1,x_2)-x_i(i=1,2)$,有 $j_i$ 是 $X_1×X_2$ 到 $X_i$ 的投射
有 $\tau$ 在 $X_1×X_2$ 上,$\tau$ 和 $\tau_1,\tau_2$ 密切相关,令 $j_1,j_2$ 都连续,且是满足要求的最小拓扑。
乘积拓扑:$\tau$ 是 $X_1×X_2$ 上的乘积拓扑
乘积空间:乘积拓扑与 $X_1×X_2$ 组成的空间
乘积拓扑理解为在笛卡尔积 $X_1×X_2$ 上的一个拓扑,这个拓扑满足令两个空间上的投射都连续。

  • 对于两个拓扑空间的乘积,乘积拓扑的基是 “两个开集的笛卡尔积”,形式简单直观
  • 对于无限个拓扑空间的乘积,乘积拓扑需要限制 “基本开集仅有限个坐标是真开集”,以此保证拓扑的良好性质(如连续性、紧致性)

子集族:该拓扑的闭包
拓扑基:集合 X 的子集族。

拓扑的重要性质

  • 分离性
  • 可数性
  • 紧致性
  • 连通性

分离公理 ,可数公理


拓扑学速通(吗?
http://blog.wspdwzh.space/2025/11/03/拓扑学速通/
作者
peter?
发布于
2025年11月3日
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