Кіріспе
Топологиядағы ұғым. Математикада, көпқырлының изопериметриялық өлшемі – бұл көпқырлының ірі масштабты мінез-құлқының Евклид кеңістігіне қаншалықты ұқсас екенін анықтауға бағытталған өлшем (топологиялық өлшем немесе Хаусдорф өлшемінен айырмасы, олар Евклид кеңістігінің әртүрлі жергілікті мінез-құлқымен салыстырады). Евклид кеңістігінде изопериметриялық теңсіздік бірдей көлемге ие барлық денелердің ішінде шардың бетінің ауданы ең кішкентай екенін көрсетеді. Басқа көпқырлыларда беттік ауданы ең төменге түсіретін нақты денені табу әдетте өте қиын, және изопериметриялық өлшем осы мәселені шешпейді. Біздің сұрағымыз: осы дененің формасы қандай болмасын, беттік ауданы шамамен қанша болады?
In mathematics, the isoperimetric dimension of a manifold is a notion of dimension that tries to capture how the large scale behavior of the manifold resembles that of a Euclidean space (unlike the topological dimension or the Hausdorff dimension which compare different local behaviors against those of the Euclidean space). In the Euclidean space, the isoperimetric inequality says that of all bodies with the same volume, the ball has the smallest surface area. In other manifolds it is usually very difficult to find the precise body minimizing the surface area, and this is not what the isoperimetric dimension is about. The question we will ask is, what is approximately the minimal surface area, whatever the body realizing it might be.
Мысалдар
d өлшемді Евклид кеңістігінің изопериметриялық өлшемі d-ге тең. Бұл белгілі изопериметриялық мәселе – жоғарыда талқыланғандай, Евклид кеңістігі үшін C тұрақтысы шарда минимумға қол жеткендіктен дәл анықталған. Шексіз цилиндр (яғни шеңбер мен түзудің көбейтіндісі) топологиялық өлшемі 2-ге ие, бірақ изопериметриялық өлшемі 1-ге тең. Шындығында, кез келген көпқырлыны компактты көпқырлымен көбейту изопериметриялық өлшемді өзгертпейді (тек C тұрақтысының мәнін өзгертеді). Кез келген компактты коллектордың изопериметриялық өлшемі 0-ге тең. Изопериметриялық өлшем топологиялық өлшемнен үлкен болуы мүмкін. Ең қарапайым мысал – топологиялық өлшемі 2 және изопериметриялық өлшемі 3 болатын шексіз "орман гимнастикасы". Суреттер мен Mathematica кодына қараңыз. Гиперболалық жазықтықтың топологиялық өлшемі 2, ал изопериметриялық өлшемі шексіз. Шындығында, гиперболалық жазықтықта оң Чигер тұрақтысы бар. Бұл теңсіздікті қанағаттандырады, демек изопериметриялық өлшемі шексіз.
which obviously implies infinite isoperimetric dimension.
Графиктерден
Графтардың изопериметриялық өлшемдері ұқсас жолмен анықталуы мүмкін. Нақты анықтамасы Чангтың шолу еңбегінде келтірілген. Ауданы мен көлемі жиын мөлшерімен өлшенетін шамалар. Граф G-дің кез келген A ішкі жиыны үшін , A-дағы көршілес төбелер жиыны ретінде анықталады. D өлшемді изопериметриялық теңсіздік былай анықталады (Бұл MathOverflow сұрағында толыққандырақ мәлімет бар). Жоғарыдағы барлық мысалдардың графтарға қатысты аналогтары сақталады, бірақ кез келген шекті графтың изопериметриялық өлшемі 0-ге тең болмауы үшін анықтама сәл өзгешеленеді: Жоғарыдағы формула бойынша көлем орнына (Чангтың шолу еңбегі, 7-бөлімді қараңыз) қолданылады. D өлшемді тордың изопериметриялық өлшемі d-ге тең. Жалпы алғанда, изопериметриялық өлшем квазиизометриялар арқылы сақталады, олар манифольдтар арасындағы, графтар арасындағы квазиизометриялар және тіпті манифольдтарды графтарға бейімдейтін квазиизометриялар, тиісті анықтамалармен. Дәлірек айтқанда, бұл графтың берілген манифольдты "еліктеуі" (тор Евклид кеңістігін еліктейтіндей) манифольдқа ұқсас изопериметриялық өлшемге ие болатынын білдіреді. Шегі жоқ толық бинарлық ағаш ∞ изопериметриялық өлшемге ие.
(This MathOverflow question provides more details.) The graph analogs of all the examples above hold but the definition is slightly different in order to avoid that the isoperimetric dimension of any finite graph is 0: In the above formula the volume of is replaced by (see Chung's survey, section 7). The isoperimetric dimension of a d dimensional grid is d. In general, the isoperimetric dimension is preserved by quasi isometries, both by quasi isometries between manifolds, between graphs, and even by quasi isometries carrying manifolds to graphs, with the respective definitions. In rough terms, this means that a graph "mimicking" a given manifold (as the grid mimics the Euclidean space) would have the same isoperimetric dimension as the manifold. An infinite complete binary tree has isoperimetric dimension ∞.