拓扑学很难?

\u62d3\u6251\u5b66\u600e\u4e48\u624d\u80fd\u5165\u95e8\u5462?\u8fd9\u95e8\u6570\u5b66\u8bfe\u7a0b\u5f88\u96be\u5b66\u554a!

\u4e16\u754c\u6570\u5b66\u754c\u5173\u6ce8\u7684\u95ee\u9898\u3002\u4e16\u754c\u4e0a\u8bb8\u591a\u4e00\u6d41\u7684\u6570\u5b66\u5bb6\u90fd\u7eb7\u7eb7\u53c2\u52a0\u4e86\u56db\u8272\u731c\u60f3\u7684\u5927\u4f1a\u6218\u30021878\uff5e1880\u5e74\u4e24\u5e74\u95f4\uff0c\u8457\u540d\u5f8b\u5e08\u517c\u6570\u5b66\u5bb6\u80af\u666e\u548c\u6cf0\u52d2\u4e24\u4eba\u5206\u522b\u63d0\u4ea4\u4e86\u8bc1\u660e\u56db\u8272\u731c\u60f3\u7684\u8bba\u6587\uff0c\u5ba3\u5e03\u8bc1\u660e\u4e86\u56db\u8272\u5b9a\u7406\u3002\u4f46\u540e\u6765\u6570\u5b66\u5bb6\u8d6b\u4f0d\u5fb7\u4ee5\u81ea\u5df1\u7684\u7cbe\u786e\u8ba1\u7b97\u6307\u51fa\u80af\u666e\u7684\u8bc1\u660e\u662f\u9519\u8bef\u7684\u3002\u4e0d\u4e45\uff0c\u6cf0\u52d2\u7684\u8bc1\u660e\u4e5f\u88ab\u4eba\u4eec\u5426\u5b9a\u4e86\u3002\u4e8e\u662f\uff0c\u4eba\u4eec\u5f00\u59cb\u8ba4\u8bc6\u5230\uff0c\u8fd9\u4e2a\u8c8c\u4f3c\u5bb9\u6613\u7684\u9898\u76ee\uff0c\u5176\u5b9e\u662f\u4e00\u4e2a\u53ef\u4e0e\u8d39\u9a6c\u731c\u60f3\u76f8\u5ab2\u7f8e\u7684\u96be\u9898\u3002

\u8fdb\u516520\u4e16\u7eaa\u4ee5\u6765\uff0c\u79d1\u5b66\u5bb6\u4eec\u5bf9\u56db\u8272\u731c\u60f3\u7684\u8bc1\u660e\u57fa\u672c\u4e0a\u662f\u6309\u7167\u80af\u666e\u7684\u60f3\u6cd5\u5728\u8fdb\u884c\u3002\u7535\u5b50\u8ba1\u7b97\u673a\u95ee\u4e16\u4ee5\u540e\uff0c\u7531\u4e8e\u6f14\u7b97\u901f\u5ea6\u8fc5\u901f\u63d0\u9ad8\uff0c\u52a0\u4e4b\u4eba\u673a\u5bf9\u8bdd\u7684\u51fa\u73b0\uff0c\u5927\u5927\u52a0\u5feb\u4e86\u5bf9\u56db\u8272\u731c\u60f3\u8bc1\u660e\u7684\u8fdb\u7a0b\u30021976\u5e74\uff0c\u7f8e\u56fd\u6570\u5b66\u5bb6\u963f\u4f69\u5c14\u4e0e\u54c8\u80af\u5728\u7f8e\u56fd\u4f0a\u5229\u8bfa\u65af\u5927\u5b66\u7684\u4e24\u53f0\u4e0d\u540c\u7684\u7535\u5b50\u8ba1\u7b97\u673a\u4e0a\uff0c\u7528\u4e861200\u4e2a\u5c0f\u65f6\uff0c\u4f5c\u4e86100\u4ebf\u5224\u65ad\uff0c\u7ec8\u4e8e\u5b8c\u6210\u4e86\u56db\u8272\u5b9a\u7406\u7684\u8bc1\u660e\u3002\u4e0d\u8fc7\u4e0d\u5c11\u6570\u5b66\u5bb6\u5e76\u4e0d\u6ee1\u8db3\u4e8e\u8ba1\u7b97\u673a\u53d6\u5f97\u7684\u6210\u5c31\uff0c\u4ed6\u4eec\u8ba4\u4e3a\u5e94\u8be5\u6709\u4e00\u79cd\u7b80\u6377\u660e\u5feb\u7684\u4e66\u9762\u8bc1\u660e\u65b9\u6cd5\u3002

\u4e0a\u9762\u7684\u51e0\u4e2a\u4f8b\u5b50\u6240\u8bb2\u7684\u90fd\u662f\u4e00\u4e9b\u548c\u51e0\u4f55\u56fe\u5f62\u6709\u5173\u7684\u95ee\u9898\uff0c\u4f46\u8fd9\u4e9b\u95ee\u9898\u53c8\u4e0e\u4f20\u7edf\u7684\u51e0\u4f55\u5b66\u4e0d\u540c\uff0c\u800c\u662f\u4e00\u4e9b\u65b0\u7684\u51e0\u4f55\u6982\u5ff5\u3002\u8fd9\u4e9b\u5c31\u662f\u201c\u62d3\u6251\u5b66\u201d\u7684\u5148\u58f0\u3002

\u4ec0\u4e48\u662f\u62d3\u6251\u5b66\uff1f

\u62d3\u6251\u5b66\u7684\u82f1\u6587\u540d\u662fTopology\uff0c\u76f4\u8bd1\u662f\u5730\u5fd7\u5b66\uff0c\u4e5f\u5c31\u662f\u548c\u7814\u7a76\u5730\u5f62\u3001\u5730\u8c8c\u76f8\u7c7b\u4f3c\u7684\u6709\u5173\u5b66\u79d1\u3002\u6211\u56fd\u65e9\u671f\u66fe\u7ecf\u7ffb\u8bd1\u6210\u201c\u5f62\u52bf\u51e0\u4f55\u5b66\u201d\u3001\u201c\u8fde\u7eed\u51e0\u4f55\u5b66\u201d\u3001\u201c\u4e00\u5bf9\u4e00\u7684\u8fde\u7eed\u53d8\u6362\u7fa4\u4e0b\u7684\u51e0\u4f55\u5b66\u201d\uff0c\u4f46\u662f\uff0c\u8fd9\u51e0\u79cd\u8bd1\u540d\u90fd\u4e0d\u5927\u597d\u7406\u89e3\uff0c1956\u5e74\u7edf\u4e00\u7684\u300a\u6570\u5b66\u540d\u8bcd\u300b\u628a\u5b83\u786e\u5b9a\u4e3a\u62d3\u6251\u5b66\uff0c\u8fd9\u662f\u6309\u97f3\u8bd1\u8fc7\u6765\u7684\u3002

\u62d3\u6251\u5b66\u662f\u51e0\u4f55\u5b66\u7684\u4e00\u4e2a\u5206\u652f\uff0c\u4f46\u662f\u8fd9\u79cd\u51e0\u4f55\u5b66\u53c8\u548c\u901a\u5e38\u7684\u5e73\u9762\u51e0\u4f55\u3001\u7acb\u4f53\u51e0\u4f55\u4e0d\u540c\u3002\u901a\u5e38\u7684\u5e73\u9762\u51e0\u4f55\u6216\u7acb\u4f53\u51e0\u4f55\u7814\u7a76\u7684\u5bf9\u8c61\u662f\u70b9\u3001\u7ebf\u3001\u9762\u4e4b\u95f4\u7684\u4f4d\u7f6e\u5173\u7cfb\u4ee5\u53ca\u5b83\u4eec\u7684\u5ea6\u91cf\u6027\u8d28\u3002\u62d3\u6251\u5b66\u5bf9\u4e8e\u7814\u7a76\u5bf9\u8c61\u7684\u957f\u77ed\u3001\u5927\u5c0f\u3001\u9762\u79ef\u3001\u4f53\u79ef\u7b49\u5ea6\u91cf\u6027\u8d28\u548c\u6570\u91cf\u5173\u7cfb\u90fd\u65e0\u5173\u3002

\u4e3e\u4f8b\u6765\u8bf4\uff0c\u5728\u901a\u5e38\u7684\u5e73\u9762\u51e0\u4f55\u91cc\uff0c\u628a\u5e73\u9762\u4e0a\u7684\u4e00\u4e2a\u56fe\u5f62\u642c\u5230\u53e6\u4e00\u4e2a\u56fe\u5f62\u4e0a\uff0c\u5982\u679c\u5b8c\u5168\u91cd\u5408\uff0c\u90a3\u4e48\u8fd9\u4e24\u4e2a\u56fe\u5f62\u53eb\u505a\u5168\u7b49\u5f62\u3002\u4f46\u662f\uff0c\u5728\u62d3\u6251\u5b66\u91cc\u6240\u7814\u7a76\u7684\u56fe\u5f62\uff0c\u5728\u8fd0\u52a8\u4e2d\u65e0\u8bba\u5b83\u7684\u5927\u5c0f\u6216\u8005\u5f62\u72b6\u90fd\u53d1\u751f\u53d8\u5316\u3002\u5728\u62d3\u6251\u5b66\u91cc\u6ca1\u6709\u4e0d\u80fd\u5f2f\u66f2\u7684\u5143\u7d20\uff0c\u6bcf\u4e00\u4e2a\u56fe\u5f62\u7684\u5927\u5c0f\u3001\u5f62\u72b6\u90fd\u53ef\u4ee5\u6539\u53d8\u3002\u4f8b\u5982\uff0c\u524d\u9762\u8bb2\u7684\u6b27\u62c9\u5728\u89e3\u51b3\u54e5\u5c3c\u65af\u5821\u4e03\u6865\u95ee\u9898\u7684\u65f6\u5019\uff0c\u4ed6\u753b\u7684\u56fe\u5f62\u5c31\u4e0d\u8003\u8651\u5b83\u7684\u5927\u5c0f\u3001\u5f62\u72b6\uff0c\u4ec5\u8003\u8651\u70b9\u548c\u7ebf\u7684\u4e2a\u6570\u3002\u8fd9\u4e9b\u5c31\u662f\u62d3\u6251\u5b66\u601d\u8003\u95ee\u9898\u7684\u51fa\u53d1\u70b9\u3002

\u62d3\u6251\u6027\u8d28\u6709\u90a3\u4e9b\u5462\uff1f\u9996\u5148\u6211\u4eec\u4ecb\u7ecd\u62d3\u6251\u7b49\u4ef7\uff0c\u8fd9\u662f\u6bd4\u8f83\u5bb9\u6613\u7406\u89e3\u7684\u4e00\u4e2a\u62d3\u6251\u6027\u8d28\u3002

\u5728\u62d3\u6251\u5b66\u91cc\u4e0d\u8ba8\u8bba\u4e24\u4e2a\u56fe\u5f62\u5168\u7b49\u7684\u6982\u5ff5\uff0c\u4f46\u662f\u8ba8\u8bba\u62d3\u6251\u7b49\u4ef7\u7684\u6982\u5ff5\u3002\u6bd4\u5982\uff0c\u5c3d\u7ba1\u5706\u548c\u65b9\u5f62\u3001\u4e09\u89d2\u5f62\u7684\u5f62\u72b6\u3001\u5927\u5c0f\u4e0d\u540c\uff0c\u5728\u62d3\u6251\u53d8\u6362\u4e0b\uff0c\u5b83\u4eec\u90fd\u662f\u7b49\u4ef7\u56fe\u5f62\u3002\u5de6\u56fe\u7684\u4e09\u6837\u4e1c\u897f\u5c31\u662f\u62d3\u6251\u7b49\u4ef7\u7684\uff0c\u6362\u53e5\u8bdd\u8bb2\uff0c\u5c31\u662f\u4ece\u62d3\u6251\u5b66\u7684\u89d2\u5ea6\u770b\uff0c\u5b83\u4eec\u662f\u5b8c\u5168\u4e00\u6837\u7684\u3002

\u5728\u4e00\u4e2a\u7403\u9762\u4e0a\u4efb\u9009\u4e00\u4e9b\u70b9\u7528\u4e0d\u76f8\u4ea4\u7684\u7ebf\u628a\u5b83\u4eec\u8fde\u63a5\u8d77\u6765\uff0c\u8fd9\u6837\u7403\u9762\u5c31\u88ab\u8fd9\u4e9b\u7ebf\u5206\u6210\u8bb8\u591a\u5757\u3002\u5728\u62d3\u6251\u53d8\u6362\u4e0b\uff0c\u70b9\u3001\u7ebf\u3001\u5757\u7684\u6570\u76ee\u4ecd\u548c\u539f\u6765\u7684\u6570\u76ee\u4e00\u6837\uff0c\u8fd9\u5c31\u662f\u62d3\u6251\u7b49\u4ef7\u3002\u4e00\u822c\u5730\u8bf4\uff0c\u5bf9\u4e8e\u4efb\u610f\u5f62\u72b6\u7684\u95ed\u66f2\u9762\uff0c\u53ea\u8981\u4e0d\u628a\u66f2\u9762\u6495\u88c2\u6216\u5272\u7834\uff0c\u4ed6\u7684\u53d8\u6362\u5c31\u662f\u62d3\u6251\u53d8\u5e7b\uff0c\u5c31\u5b58\u5728\u62d3\u6251\u7b49\u4ef7\u3002

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什么是拓扑学?

拓扑学的英文名是Topology,直译是地志学,也就是和研究地形、地貌相类似的有关学科。我国早期曾经翻译成“形势几何学”、“连续几何学”、“一对一的连续变换群下的几何学”,但是,这几种译名都不大好理解,1956年统一的《数学名词》把它确定为拓扑学,这是按音译过来的。

拓扑学是几何学的一个分支,但是这种几何学又和通常的平面几何、立体几何不同。通常的平面几何或立体几何研究的对象是点、线、面之间的位置关系以及它们的度量性质。拓扑学对于研究对象的长短、大小、面积、体积等度量性质和数量关系都无关。

举例来说,在通常的平面几何里,把平面上的一个图形搬到另一个图形上,如果完全重合,那么这两个图形叫做全等形。但是,在拓扑学里所研究的图形,在运动中无论它的大小或者形状都发生变化。在拓扑学里没有不能弯曲的元素,每一个图形的大小、形状都可以改变。例如,前面讲的欧拉在解决哥尼斯堡七桥问题的时候,他画的图形就不考虑它的大小、形状,仅考虑点和线的个数。这些就是拓扑学思考问题的出发点。

拓扑性质有那些呢?首先我们介绍拓扑等价,这是比较容易理解的一个拓扑性质。

在拓扑学里不讨论两个图形全等的概念,但是讨论拓扑等价的概念。比如,尽管圆和方形、三角形的形状、大小不同,在拓扑变换下,它们都是等价图形。左图的三样东西就是拓扑等价的,换句话讲,就是从拓扑学的角度看,它们是完全一样的。

在一个球面上任选一些点用不相交的线把它们连接起来,这样球面就被这些线分成许多块。在拓扑变换下,点、线、块的数目仍和原来的数目一样,这就是拓扑等价。一般地说,对于任意形状的闭曲面,只要不把曲面撕裂或割破,他的变换就是拓扑变幻,就存在拓扑等价。

应该指出,环面不具有这个性质。比如像左图那样,把环面切开,它不至于分成许多块,只是变成一个弯曲的圆桶形,对于这种情况,我们就说球面不能拓扑的变成环面。所以球面和环面在拓扑学中是不同的曲面。

直线上的点和线的结合关系、顺序关系,在拓扑变换下不变,这是拓扑性质。在拓扑学中曲线和曲面的闭合性质也是拓扑性质。

我们通常讲的平面、曲面通常有两个面,就像一张纸有两个面一样。但德国数学家莫比乌斯(1790~1868)在1858年发现了莫比乌斯曲面。这种曲面就不能用不同的颜色来涂满两个侧面。

拓扑变换的不变性、不变量还有很多,这里不在介绍。

拓扑学建立后,由于其它数学学科的发展需要,它也得到了迅速的发展。特别是黎曼创立黎曼几何以后,他把拓扑学概念作为分析函数论的基础,更加促进了拓扑学的进展。

二十世纪以来,集合论被引进了拓扑学,为拓扑学开拓了新的面貌。拓扑学的研究就变成了关于任意点集的对应的概念。拓扑学中一些需要精确化描述的问题都可以应用集合来论述。

因为大量自然现象具有连续性,所以拓扑学具有广泛联系各种实际事物的可能性。通过拓扑学的研究,可以阐明空间的集合结构,从而掌握空间之间的函数关系。本世纪三十年代以后,数学家对拓扑学的研究更加深入,提出了许多全新的概念。比如,一致性结构概念、抽象距概念和近似空间概念等等。有一门数学分支叫做微分几何,是用微分工具来研究取线、曲面等在一点附近的弯曲情况,而拓扑学是研究曲面的全局联系的情况,因此,这两门学科应该存在某种本质的联系。1945年,美籍中国数学家陈省身建立了代数拓扑和微分几何的联系,并推进了整体几何学的发展。

拓扑学发展到今天,在理论上已经十分明显分成了两个分支。一个分支是偏重于用分析的方法来研究的,叫做点集拓扑学,或者叫做分析拓扑学。另一个分支是偏重于用代数方法来研究的,叫做代数拓扑。现在,这两个分支又有统一的趋势。

拓扑学在泛函分析、李群论、微分几何、微分方程额其他许多数学分支中都有广泛的应用。总的来说拓扑学很难。

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