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?

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.

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.