拓扑环

拓扑环

中文名 拓扑环
领域 拓扑学
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环面

在几何上,一个环面是一个甜甜圈形状的旋转曲面,由一个圆绕一个和该圆共面的一个轴回转所生成。球面可以视为环面的特殊情况,也就是旋转轴是该圆的直径时。若转轴和圆不相交,圆面中间有一个洞,就像一个甜甜圈,一个呼啦圈,或者一个充了气的轮胎。另一个情况,也就是轴是圆的一根弦的时候,就产生一个挤扁了的球面,就像一个圆的座垫那样。英文Torus曾是拉丁文的这种形状的座垫。

圆环面可以参数式地定义为:

其中u,v∈ [0, 2π],R是管子的中心到画面的中心的距离,r是圆管的半径。

直角坐标系中的关于z-轴方位角对称的环面方程是

该圆环面的表面积和内部体积如下

根据更一般的定义,环面的生成元不必是圆,而可以是椭圆或任何圆锥曲线。

拓扑

拓扑学上,一个环面是一个定义为两个圆的积的闭合曲面:S×S。 上述曲面,若采用R诱导的相对拓扑,则同胚于一个拓扑环面,只要它不和自己的轴相交。

该环面也可用欧几里得平面的一个商空间来表述,这是通过如下的等价关系来完成的

  • (x,y) ~ (x+1,y) ~ (x,y+1).

或者等价地说,作为单位正方形将对边粘合的商空间,表述为基本多边形

环面的基本群是圆的基本群和自身的直积:

直观地讲,这意味着一个先绕着环面的“洞”(譬如,沿着某个纬度方向的圆)然后绕着环面“实体”(譬如,沿着特定经度方向的圆)的闭路径可以变形成为先绕实体后绕空心的路径。所以,严格的经度方向和严格的纬度方向的路径是可交换的。这可以想象成为两个鞋带互相穿过然后解开再系上。

环面的第一同调群和基本群同构(因为基本群是交换群)。

参看

  • 代数环面
  • 圆环
  • 椭圆曲线
  • 极大环面
  • 周期格
  • 球面
  • 曲面
  • 环体
  • 环面 (原子物理)
  • Villarceau圆
  • 环面曲线

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