Topology (Allyn and Bacon Series in Advanced Mathematics)

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出版者:Prentice Hall
作者:James Dugundji
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1965-09
价格:USD 46.67
装帧:Hardcover
isbn号码:9780205002719
丛书系列:
图书标签:
  • 拓扑
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具体描述

拓扑学:空间、结构与变换的奥秘 拓扑学,作为现代数学中最具活力和渗透力的分支之一,探索的是那些在连续变形(如拉伸、弯曲,但不包括撕裂或粘合)下保持不变的几何性质。它研究的是“形状”的本质,而非其精确的度量。从抽象的数学概念到现实世界的各种现象,拓扑学的思想无处不在,为我们理解空间、结构和变换提供了深刻的洞见。 核心概念与研究对象 拓扑学最基本的概念之一是拓扑空间。一个拓扑空间是由一个集合以及定义在该集合上的“开集”族组成的。开集族必须满足特定的公理:空集和全集是开集;任意有限个开集的交集是开集;任意多个开集的并集是开集。这个看似简单的定义,却能捕捉到“邻近性”和“连通性”等核心的拓扑性质,而无需依赖于欧几里得距离或角度等度量概念。 基于拓扑空间,我们可以定义一系列重要的拓扑不变量。例如: 连通性 (Connectivity):一个空间是否可以被分成两个不相交的非空开集,这两个集合的并集是整个空间。如果无法如此划分,则该空间是连通的。例如,一个圆的内部是连通的,而一个圆环(带有一个洞的磁盘)则不是。 紧致性 (Compactness):一个空间如果满足开覆盖有限性的性质,即该空间的任何开集覆盖都可以从中选取有限个开集仍然覆盖整个空间,则称其为紧致的。紧致性是实数轴上的闭合有界区间的一个重要推广,它在分析学和微分几何中扮演着关键角色,能够保证某些函数的存在性和连续性。 同胚 (Homeomorphism):如果两个拓扑空间之间存在一个连续的双射,且其逆映射也是连续的,那么这两个空间就称为同胚的。同胚是拓扑学中最核心的等价关系。同胚的两个空间在拓扑学意义上是“相同”的,意味着它们在连续变形下可以相互转化。例如,一个咖啡杯和一个甜甜圈在拓扑学上是同胚的,因为它们都只有一个“洞”。 同伦 (Homotopy):这是比同胚更弱的一种等价关系。如果两个连续映射可以连续地“形变”为彼此,则称它们是同伦的。同伦概念引入了更精细的对空间结构的区分,例如,一个圆周上绕着一个点转一圈的路径与不转的路径是同伦的,但与绕着点转两圈的路径则不是。 重要分支与应用领域 拓扑学的研究领域极为广泛,其分支也日益精细化,并在各个科学领域展现出强大的应用价值: 代数拓扑 (Algebraic Topology):利用代数工具(如群论)来研究拓扑空间。例如,基本群 (Fundamental Group) 能够捕捉到空间中“洞”的性质,而同调论 (Homology Theory) 和上同调论 (Cohomology Theory) 则提供了更强大的代数不变量来区分不同的拓扑空间。例如,在识别高维物体时,同调群提供了比基本群更丰富的结构信息。 微分拓扑 (Differential Topology):研究具有光滑结构(可微性质)的拓扑空间。它侧重于研究流形 (Manifolds) 的光滑映射、嵌入、浸没等概念。例如,斯蒂芬·斯梅尔 (Stephen Smale) 利用拓扑学方法解决了希尔伯特第十四问题的一个重要部分,展示了其在处理无限维空间时的威力。 低维拓扑 (Low-Dimensional Topology):专门研究维度为三维和四维的流形。这个领域充满了深刻的问题和精巧的技巧,例如庞加莱猜想 (Poincaré Conjecture)(现已被格里戈里·佩雷尔曼解决)的证明,标志着拓扑学领域的一个重大突破,它断言任何单连通的三维球面都可以通过同胚映射变成标准的三维球面。 几何拓扑 (Geometric Topology):将几何学的直觉和方法融入拓扑学研究,特别关注流形的几何性质,如曲率、测地线等,以及它们与拓扑性质的联系。 拓扑学的应用已经渗透到许多领域: 物理学:在凝聚态物理中,拓扑概念用于描述材料的电子性质,如拓扑绝缘体和拓扑超导体。在粒子物理中,它被用来分析基本粒子的对称性和性质。宇宙学中,关于宇宙形状和结构的讨论也离不开拓扑学的思想。 计算机科学:计算机图形学利用拓扑学来处理和分析三维模型,进行形状匹配和表面重构。网络理论中,对网络结构的分析,如连通性、聚类系数等,也与拓扑学的概念息息相关。机器学习领域,拓扑数据分析 (Topological Data Analysis, TDA) 利用拓扑学工具从复杂数据中提取有用的几何和拓扑信息,揭示数据的内在结构。 生物学:分子生物学中,DNA 和蛋白质的折叠结构可以通过拓扑学进行分析,如纽结理论 (Knot Theory) 在理解DNA复制和修复过程中起着重要作用。 经济学:在博弈论和市场结构的研究中,拓扑学的概念也开始被应用,用于分析策略空间和市场均衡。 总结 拓扑学是一门研究“不变”性质的数学语言,它超越了度量的限制,揭示了空间和结构的深层本质。从抽象的数学理论到现实世界的广泛应用,拓扑学不断为我们提供新的视角和解决问题的工具,是理解复杂系统和现象的强大武器。它的魅力在于其普适性和深刻性,邀请我们去探索那些在形态万千的世界中始终保持一致的数学真理。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的数学严谨性堪称典范。作者在对每个概念进行定义时,都力求精确,不留任何模糊的空间。他对度量空间的引入,从基础的度量定义到完备性、紧致性等性质,都处理得非常扎实。我特别欣赏他对完备度量空间和Baire范畴定理的详细讨论,这些概念在分析学和拓扑学中都至关重要,它们揭示了完备性在许多重要性质中的关键作用。作者还深入探讨了各种拓扑的构造方法,如乘积拓扑、商拓扑,以及它们的性质,这些对于理解和构造复杂的拓扑空间至关重要。我对书中关于“一致空间”(Uniform Spaces)的介绍印象深刻,这是一种比度量空间更一般的拓扑结构,而作者能够以清晰的方式解释它们,并展示它们与度量空间的关系,实属不易。书中对紧致空间的各种刻画,如 Heine-Borel定理、序列紧致性、可数紧致性等,都进行了细致的推导和比较,让我对紧致性的不同侧面有了深刻的认识。此外,作者还简要提及了“拟紧空间”(Quasi-Compact Spaces)和“局部紧致空间”(Locally Compact Spaces)等概念,并阐述了它们在各种拓扑结构中的重要性。

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这本书的深度和广度都令人称赞,特别是其在代数拓扑领域的详尽阐述。作者对“同调论”的深入讲解,从辛戈的同调理论到奇异同调和胞腔同调,都处理得非常扎实。他对“长正合列”的各种构造和应用,以及“Mayer-Vietoris序列”在计算同调群时的强大威力,都给我留下了深刻的印象。我特别欣赏书中关于“万有覆叠空间”(Universal Covering Space)的详细讨论,以及它与基本群的紧密联系,这为理解空间的连通性和“洞”提供了直观的工具。作者还深入探讨了“威尔士几何定理”(Weil Conjectures)的背景和相关概念,虽然没有给出完整的证明,但其对代数几何和拓扑学之间联系的阐述,足以让人感受到该领域的魅力。他对“辛格-博特定理”(Singer-Bott Theorem)的简要提及,以及它在几何分析中的应用,都展示了作者对现代数学研究前沿的把握。书中对“谱序列”(Spectral Sequences)的初步介绍,虽然篇幅有限,但已经足以让我感受到这一强大工具在计算复杂同调结构时的重要性。

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这本书的深度和广度令人印象深刻。作者对于代数拓扑部分的阐述,尤其是关于同伦论和同调论的部分,是我之前接触到的教材中最为清晰和透彻的。他对基本群的介绍,从定义、构造到基本性质,都处理得非常到位,并详细介绍了覆叠空间的概念以及它与基本群的联系。我个人尤其对书中关于“环绕数”的几何解释印象深刻,它直观地展示了基本群如何捕捉空间的“洞”和“连通性”。然后,作者引入了链复形和链复同调的概念,并用它们来定义同调群。他对辛戈的同调理论的解释,虽然抽象,但却非常有条理,逐步构建了同调群的各种性质,如长正合列、Mayer-Vietoris序列等。这些工具在解决空间同构问题和分类不同空间方面发挥着至关重要的作用。书中关于威尔士几何定理的讨论,更是将抽象的代数工具与直观的几何概念巧妙地联系起来,令人茅塞顿开。作者还涉及了更高级的主题,如奇异同调、胞腔同调,并讨论了它们的献形性质以及与奇异同调的等价性。这些内容虽然复杂,但作者的讲解总是围绕着核心思想展开,尽量避免不必要的繁琐计算,使得学习过程相对顺畅。我对书中关于“不变量”的概念有了更深的理解,同调群作为一种重要的拓扑不变量,能够帮助我们区分那些在同胚意义下是不同的空间。

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我必须说,这本书在数学专业人士和有志于深入研究拓扑学的学生之间架起了一座坚实的桥梁。作者对点集拓扑和代数拓扑的结合处理得非常融洽,而不是将它们割裂开来。他清楚地展示了点集拓扑的概念如何在代数拓扑中得到应用,例如,紧致性在讨论覆叠空间和基本群时扮演的关键角色。书中对于流形(Manifold)概念的引入和讨论,是我非常期待的部分。作者从光滑流形开始,定义了图册、光滑函数等基本概念,然后逐步过渡到微分结构和切空间。他对于流形上的张量分析的介绍,虽然篇幅有限,但已经足以让人窥见其深刻的内涵。特别吸引我的是书中关于流形上积分的讨论,以及如何通过微分形式和斯托克斯定理来统一各种几何分析问题。例如,关于向量场的散度和环度定理,以及它们如何推广到高维流形上的德拉姆定理,都让我对微积分的本质有了新的认识。作者还简要地提及了一些更高级的主题,如纤维丛和李群,尽管篇幅不多,但足以勾勒出更广阔的研究前景。整本书在理论的严谨性和应用的普遍性之间取得了很好的平衡,既有深入的理论推导,也有对这些理论在物理学、几何学等领域应用的提示。

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这本《拓扑学》是我近年来读过的最令人振奋的数学著作之一。初次翻开它,我便被其严谨而又充满洞察力的叙述所吸引。作者以一种引人入胜的方式,将抽象的拓扑概念编织成一个连贯的理论体系。书中对点集拓扑的讲解尤为出色,从最基础的开集、闭集、邻域等概念开始,循序渐进地引入了紧致性、连通性、度量空间等核心内容。我特别欣赏作者在解释这些概念时所使用的直观类比和几何直觉,这极大地帮助了我理解那些看似飘渺的抽象思想。例如,关于紧致性的讨论,作者并没有仅仅停留在定义上,而是深入探讨了它在各种拓扑结构中的重要性,以及它如何简化许多拓扑问题的分析。书中对紧致空间的子集性质的详尽阐述,以及其与序列紧致性、可数紧致性的等价关系,都让我对这一概念有了更深刻的认识。此外,作者对不同拓扑的构造方法,如乘积拓扑、商拓扑的清晰描述,也为我理解更复杂的拓扑空间打下了坚实的基础。整本书的逻辑链条非常紧密,每一个定理的推导都严谨无误,并且经常引用前面章节的结论,形成一个相互支撑的知识网络。对于初学者来说,这本书的难度可能稍有挑战,但只要认真钻研,勤于思考,便能从中获益匪浅。我尤其喜欢书中那些精巧的证明,它们往往能够以一种出人意料的方式解决复杂的问题,展示了数学的优雅与力量。

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我必须赞扬作者在处理连续映射和同胚时所展现出的细致入微。他不仅定义了这些概念,还深入探讨了它们的性质,以及如何利用它们来判断两个拓扑空间是否具有相同的拓扑结构。书中对于“同胚不变量”(Homeomorphism Invariants)的讨论,是我非常喜欢的部分。作者通过各种例子,如连通性、紧致性、可数性以及更抽象的同伦群等,展示了它们如何在同胚映射下保持不变,从而帮助我们区分不同的拓扑空间。我对书中关于“分离公理”(Separation Axioms),如T0、T1、T2(Hausdorff)、T3(Regular)、T4(Normal)的详细介绍和它们之间的关系,印象尤为深刻。作者清晰地阐述了这些公理的含义,以及它们在拓扑空间分类中的作用,并且通过大量的例子说明了不同分离公理的等价性和蕴含关系。特别是对于Hausdorff空间的深入讨论,以及它在代数几何和微分几何中的重要性,都让我对这些抽象概念有了更直观的理解。书中关于“伪度量空间”(Pseudometric Spaces)和“半度量空间”(Semimetric Spaces)的简要提及,也展现了作者对拓扑结构多样性的关注。

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我被这本书的写作风格所吸引,作者似乎有一种天赋,能够将最复杂的概念以最清晰、最引人入胜的方式呈现出来。他对“李群”(Lie Groups)的初步介绍,包括其定义、性质以及与流形的关系,为我打开了对更广泛数学领域的大门。他对“李代数”(Lie Algebras)的介绍,以及李群和李代数之间的联系,也让我对这一重要概念有了初步的认识。书中关于“李群的表示论”的简要提及,虽然篇幅很少,但已经足以勾勒出这一领域的广阔天地。我对书中关于“旗簇”(Flag Varieties)的讨论印象深刻,它们是代数几何和李群理论中的重要研究对象,而作者能够将其与拓扑学联系起来,实属不易。他还简要触及了“克罗内克函数”(Kronecker Functions)和“席格尔模形式”(Siegel Modular Forms)等概念,这些都与数论和几何密切相关。整本书在理论的深度和知识的广度之间取得了很好的平衡,使得读者在掌握核心概念的同时,也能对更广泛的研究领域有所了解,并为进一步深入研究打下坚实的基础。

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我被这本书的整体结构和内容组织的精妙所折服。作者在代数拓扑部分,不仅深入讲解了基本群和同调群,还对同伦群进行了更为细致的探讨。他从同伦等价的概念出发,引入了同伦群的定义,并详细阐述了其性质,如链复形与同伦群的关系,以及低维同伦群的直观几何意义。他对Hopf纤维丛的详细分析,以及如何利用它来计算球面同伦群,是书中一个令人难忘的章节。作者还讨论了“纤维丛的同伦群”这一重要概念,并给出了计算一般纤维丛同伦群的纤维丛同伦群序列,这为理解复杂空间的同伦结构提供了有力的工具。我对书中关于“庞加莱猜想”的历史发展和相关概念的讨论也格外感兴趣,虽然书中没有给出完整的证明,但其对相关几何工具的介绍,如Ricci流,已经足以让人感受到该领域的魅力。作者还简要触及了Morse理论,并阐述了它如何与流形的同调群联系起来,这为理解流形的拓扑结构提供了新的视角。整本书在理论深度和知识覆盖面之间找到了一个很好的平衡点,使得读者在掌握核心概念的同时,也能对更广泛的研究领域有所了解。

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阅读这本《拓扑学》的过程,更像是一次在数学宇宙中的探索之旅。作者的叙述风格非常独特,他善于引导读者思考,而不是简单地给出答案。书中对于纤维丛的讲解,特别是主纤维丛和向量丛的区分,以及它们之间的联系,都写得非常清晰。我对同构理论在分类不同纤维丛中的应用,以及丛空间的基本群对丛性质的影响,有了更深入的理解。作者还详细讨论了陈类(Chern Classes)的概念,以及它们如何作为纤维丛的不变量,能够揭示其内在的几何性质。这些概念虽然非常抽象,但作者通过精心选择的例子,例如关于切丛的陈类与流形曲率的联系,使得这些抽象理论变得鲜活起来。书中对纤维丛的分类,特别是与同伦群的联系,也让我对同伦论有了更全面的认识。此外,作者还简要地提及了谱序列(Spectral Sequences)这一强大的代数工具,尽管只是触及皮毛,但已经足以让我感受到它的力量和在复杂计算中的重要性。他对同调群之间的联系,以及如何利用谱序列计算这些联系,展现了现代代数拓扑研究的精妙之处。

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这本书在将抽象的代数结构与直观的几何概念相结合方面做得非常出色。作者对群论在拓扑学中的应用,特别是基本群和更高阶同伦群的讨论,为我打开了新的视野。他对覆叠空间和它们与基本群之间关系的阐述,条理清晰,并且通过大量的几何例子,如球面上的覆叠空间,使得这些抽象概念变得易于理解。我对书中关于“凯莱图”(Cayley Graph)的介绍印象深刻,它展示了如何用图的语言来描述群的结构,并与拓扑学的研究相呼应。作者还深入探讨了“西格尔猜想”(Siegel Conjecture)和“格罗滕迪克猜想”(Grothendieck Conjecture)的背景和相关概念,虽然篇幅不长,但已经足够让人感受到这些猜想的深度和重要性。他对“群胚”(Groupoids)这一概念的引入,以及它在处理“非连通空间”的同伦和基本群时的优势,都给我留下了深刻的印象。书中对于“映射圆”(Mapping Cones)和“映射柱”(Mapping Cylinders)的讨论,以及它们在同伦论中的应用,都展示了作者对代数拓扑工具的深刻理解。

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老书,好书。

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