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數(shù)學心

第三百三十八章 龐加萊同調論(拓撲學)

數(shù)學心 蔡澤禹 474 2020-11-04 05:58:07

  1880年,龐加萊(Poincaré)發(fā)表了關于自守函數(shù)的重要結果。

  1883年,龐加萊發(fā)表了一篇論文,開啟了多復變解析函數(shù)理論的研究。

  1892年,龐加萊出版了三卷本《天體力學的新方法》(Les Méthodes nouvelles de la mécanique céleste)的第一卷。他旨在完全刻畫機械系統(tǒng)的所有運動,援引流體流動的類比。他還證明,以前例如德勞內(Delaunay)用于研究三體問題的級數(shù)展開是收斂的,但一般不是一致收斂。這使人懷疑拉格朗日和拉普拉斯給出的關于太陽系穩(wěn)定性的證明。

  1894年,龐加萊開始了代數(shù)拓撲的工作。

  1895年,龐加萊出版了《位置分析》(Analysis situs),這是他的第一本拓撲學著作,給出了這個專題的較早的系統(tǒng)性處理。他是代數(shù)拓撲的創(chuàng)始人,發(fā)表了這個專題的6篇論文。他引入了基本群。

  1904年,龐加萊提出龐加萊猜想:每個同倫等價于3維球面的3維閉流形必定是3維球面。

  1904年,龐加萊在一個講座中提出一種相對性理論來解釋邁克爾遜-莫雷實驗。

  1908年,龐加萊出版了《科學與方法》(Science et méthode),這也許是他最著名的大眾讀物。

  “大家要考慮這個問題,這個猜想所延伸的問題。”

  教課是查爾斯·厄米特,他一邊在黑白上寫著復雜而古怪的符號,一邊在畫各種表示抽象思想的圖。此時,他想把世界性的難題就這樣任性的拋給自己的學生。

  突然看到一個學生回答道:“使用怎樣的簡單幾何,和構造方法,做成一個特定序列,然后構造出我們想要的復雜的幾何體?我覺得不是什么難事呀!”

  查爾斯·厄米特看了看亨利·龐加萊,聽到這句話就想笑。雖然他是要把這種難題要扔給學生們去解決的,但是如此不走心的回答,還是讓查爾斯·厄米特有些反感。

  “別著急去這樣說,你給我說說,有什么辦法?”

  亨利·龐加萊想了想說:“一個復雜的曲面形狀,是可以由無數(shù)個等邊三角形構造出來的。”

  查爾斯·厄米特噗嗤的笑了一聲:“你是剛學的吧,不對,你看到一個復雜的曲面,一下子就能知道如何用無數(shù)個等邊三角形來構造?你幼稚了!首先這無數(shù)個等邊三角形都是大小相等的嗎?如果不相等,那應該如何去選取大???”

  “先用最大的覆蓋一下,看看,在小的地方再用次等大的用最大的覆蓋,每一個空隙使用盡可能最大的三角形去覆蓋,蓋到最小的為止?!焙嗬嫾尤R說著話,帶有要豁出去的意思了。

  “哈哈,什么叫蓋到最?。坑卸嘈。渴遣皇窃谡`差范圍之內的不用管就可以了?”查爾斯·厄米特隨著亨利·龐加萊的意思,也在試圖推導,而不急于去反駁他的觀點。對于查爾斯·厄米特來說,解決問題,有的時候比提出問題更值得去珍惜,老師的批判應該有水平,而不去做一個情緒化的大杠精。

  “沒做,做某一個項目的時候,這種誤差小的,根本不影響工程,而且這樣去做出無數(shù)的三角形的辦法,完全說可取的?!焙嗬嫾尤R認為自己想的很完美,只要是認真思考過的問題,就沒有解決不了的辦法。

  “我發(fā)現(xiàn)兩個問題,第一就是去根據(jù)形狀去計算覆蓋三角形的最大形狀,這也不是一下子就能夠算出來的。第二就是隨著空隙的增加,去用三角形填空的過程也會變得極為繁瑣復雜。”查爾斯·厄米特想要反駁的方式去測測亨利·龐加萊的能力,最重要的是要測一測亨利·龐加萊的耐力。

  “如果不能夠快速給出形狀,就用隨機的辦法來化最大三角形,就沒必要遍歷的去比較哪個三角形面積是最大的了。而填空這種過程,就使用軟件的算法,能不能用分布式的解決來計算了?!焙嗬嫾尤R認為這種辦法也是可取的,沒必要非得去找最大三角形,只要隨機快速的找到足夠大就可以,這樣的計算過程就會加快,而且這樣的下面的計算過程也會因此而加快。

  查爾斯·厄米特心里在想,那這種構造的序列就是,先知道這個曲面,然后隨機畫上三角形填滿,并記錄三角形信息,之后隨機的沒填一個三角形,就記錄一個三角形的信息,知道剩下的空隙在誤差范圍內就可以。

  “即使用了這個辦法,尋找空隙的算法,還是會很麻煩的。因為你不知道這里是不是覆蓋過的?!辈闋査埂ざ蛎滋剡€是疑惑的說。

  “那就把每一個覆蓋進行記錄,然后遇到空隙后,計算空隙的中心坐標,中心坐標在覆蓋好的三角形之外,就足夠了?!焙嗬嫾尤R繼續(xù)說:“你在序列里直接加上這個程序就可以了?!?p>  “你說的隨機給形狀,還有判定空隙沒有被三角形覆蓋等等,這就是查爾斯·厄米特猜想里的模糊問題了??障稕]有被三角形覆蓋,你的算法可能是錯誤的,萬一有空隙很小,但質心在覆蓋三角形中心處的凹形結構。即使你有其他算法了,但是也是很復雜的了。”查爾斯·厄米特就用這樣的方式告訴大家,查爾斯·厄米特猜想的困難性。

  亨利·龐加萊瞬間來了興趣,他認為自己應該用基本的幾何體去勾結一個復雜的三維形狀。

  亨利·龐加萊的腦子里開始用正四面體結構來堆放處一個形狀的東西,并且試圖讓這個東西進行一個變換。

  0維單形是一個點,一維單形是一條線段,二維單形是一個三角形,三維單形是一個四面體,n維單形是一個具有n+1個頂點的廣義四面體。

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