Кіріспе

Берілген кеңістіктің барлық топологиялық қасиеттерін сақтайтын кескіндемелер, графтар теориясындағы гомеоморфизмдер. Математикада, әсіресе топологияда, гомеоморфизм (грек тіліндегі түбірлерден шыққан, "ұқсас пішін" деген мағынаны білдіреді, Генри Пуанкаре атады), сондай-ақ топологиялық изоморфизм немесе екі үздіксіз функция деп аталады. Бұл – үздіксіз кері функциясы бар топологиялық кеңістіктер арасындағы биективті және үздіксіз функция. Гомеоморфизмдер – топологиялық кеңістіктер санатындағы изоморфизмдер, яғни олар берілген кеңістіктің барлық топологиялық қасиеттерін сақтайтын кескіндемелер. Егер екі кеңістік арасында гомеоморфизм болса, олар гомеоморфты деп аталады және топологиялық тұрғыдан қарағанда бірдей болып есептеледі. Шамамен айтқанда, топологиялық кеңістік – геометриялық нысан, ал гомеоморфизм – нысанның жаңа пішінге үздіксіз түрленуінің нәтижесі. Осылайша, квадрат пен шеңбер бір-біріне гомеоморфты, бірақ шар мен тор емес. Дегенмен, бұл сипаттама жаңылыстыруы мүмкін. Кейбір үздіксіз түрленулер гомеоморфизмдерге әкелмейді, мысалы, түзудің нүктеге түрленуі. Ал кейбір гомеоморфизмдер үздіксіз түрленулерден туындамайды, мысалы, үшқұрышты түйін мен шеңбер арасындағы гомеоморфизм. Гомотопия және изотопия – үздіксіз түрленудің бұлжытпалы түсінігінің нақты анықтамалары.

Мысалдар

Ашық аралық кез келген `a` үшін нақты сандар жиыны \R-ге гомеоморфты (бұл жағдайда, екі үздісіз алға бағытталған бейнелеу берілген, ал басқа мұндай бейнелеулер тан немесе арг тан функцияларының масштабталған және жылжытылған түрімен беріледі). 2-өлшемді диск пен \R^2-дегі бірлік шаршы гомеоморфты; себебі бірлік диск бірлік шаршыға деформациялануы мүмкін. Шаршыдан дискке үздісіз бейнелеудің мысалы полярлық координаттарда келесідей: . Дифференциалданатын функцияның графигі функцияның анықталу облысына гомеоморфты. Сызықтың дифференциалданатын параметризациясы – параметризацияның анықталу облысы мен сызық арасындағы гомеоморфизм. Көптүрліліктің картасы – көптүрліліктің ашық ішкі жиыны мен Евклид кеңістігінің ашық ішкі жиыны арасындағы гомеоморфизм. Стереографиялық проекция – \R^3-дегі бірлік сферасы және бір нүктесі алынып тасталған \R^2 (екі өлшемді жазықтық) арасындағы гомеоморфизм. Егер `G` топологиялық топ болса, оның инверсиялық бейнелеуі гомеоморфизм болады. Сондай-ақ, кез келген `x` үшін сол жаққа жылжу, оң жаққа жылжу және ішкі автоморфизм – гомеоморфизмдер болып табылады.

Қарсы үлгілер

\R^m және \R^n 1=m ≠ n үшін гомеоморф емес. Евклидтік нақты сызық, \R^2 кеңістігінің ішкі кеңістігі ретінде, бірлік шеңберге гомеоморф емес, себебі бірлік шеңбер Евклидтік \R^2 кеңістігінің ішкі кеңістігі ретінде компакт, ал нақты сызық компакт емес. Бір өлшемді интервалдар және гомеоморф емес, өйткені біреуі компакт, ал екіншісі – емес.

Қасиеттері

Екі гомеоморфты кеңістік бірдей топологиялық қасиеттерге ие. Мысалы, егер олардың біреуі тығыз болса, екіншісі де тығыз болады; егер біреуі байланысқан болса, екіншісі де байланысқан болады; егер біреуі Хаусдорф кеңістігі болса, екіншісі де Хаусдорф кеңістігі болады; олардың гомотопиялық және гомологиялық топтары сәйкес келеді. Дегенмен, бұл метрика арқылы анықталатын қасиеттерге қатысты дұрыс емес; толық емес метрикалық кеңістік пен толық метрикалық кеңістік гомеоморфты болуы мүмкін. Гомеоморфизм бір уақытта ашық және жабық бейнелеу болып табылады; яғни, ол ашық жиындарды ашық жиындарға, ал жабық жиындарды жабық жиындарға бейнелейді. Кез келген өзіне-өз бейнелеуін бүкіл дискіге (Александрдың тәсілі) кеңейтуге болады.

Бейресми талқылау

Созу, иілу, кесу және қайта біріктірудің интуитивті критерийін дұрыс қолдану үшін белгілі бір тәжірибе қажет. Мысалы, жоғарыдағы сипаттамадан сызық сегментін нүктеге деформациялауға рұқсат етілмейтіні бірден көрінбейді. Сондықтан, жоғарыда берілген формальды анықтаманың маңызды екенін түсіну керек. Бұл жағдайда, мысалы, сызық сегменті шексіз көп нүктелерден тұрады, демек, оны тек шекті сандағы нүктелерден, соның ішінде бір ғана нүктеден тұратын жиынмен біекцияға келтіруге болмайды. Гомеоморфизмді сипаттау жиі гомотопия ұғымымен шатастырады, ол шын мәнінде үздіксіз деформация ретінде анықталады, бірақ бір кеңістіктен екіншісіне емес, бір функциядан екіншісіне. Гомеоморфизм жағдайында үздіксіз деформацияны көзге елестету – X кеңістігіндегі нүктелердің Y кеңістігіндегі қайсы нүктелерге сәйкес келетінін қадағалау үшін ой-қиялы құрал болып табылады – X деформацияланғанда оларды бақылап отыруға болады. Гомотопия жағдайында бір бейнелеуден екіншісіне үздіксіз деформация маңызды, сонымен қатар ол талаптары аз, себебі қатысатын бейнелеулердің ешқайсысының бірін-біріне сәйкес келуі міндетті емес. Гомотопия кеңістіктер арасындағы қатынасқа алып келеді: гомотопиялық эквиваленттілік. Гомеоморфизмді бейнелеуде қолданылатын деформацияның түріне де атау бар. Ол (кесу және қайта біріктіру қажет болған жағдайда) X кеңістігіндегі сәйкестік бейнелеуі мен X-тен Y-ге дейінгі гомеоморфизм арасындағы изотопия болып табылады.