Введение

В математической области топологии, трасса представляет собой семейство кривых, встроенных на поверхность, удовлетворяющих следующим условиям: кривые пересекаются в конечном наборе вершин, называемых переключающими узлами. Вдали от переключающих узлов кривые гладкие и не касаются друг друга. В каждом переключающем узле сходятся три кривые с общей касательной линией, при этом две кривые входят с одной стороны, а одна – с другой. Основное применение трасс в математике – изучение ламинаций поверхностей, то есть разбиений замкнутых подмножеств поверхностей на объединения гладких кривых. Трассы также использовались при построении графов.

Железнодорожные пути и ламинация

Ламинирование поверхности — это разбиение замкнутого подмножества поверхности на гладкие кривые. Изучение железнодорожных путей изначально было мотивировано следующим наблюдением: если на ламинацию на поверхности посмотреть с расстояния близоруким человеком, она будет выглядеть как железнодорожные пути. Переключатель на железнодорожном пути моделирует точку, где две семейства параллельных кривых в ламинации объединяются в одно семейство, как показано на иллюстрации. Хотя переключатель состоит из трех кривых, заканчивающихся и пересекающихся в одной точке, кривые в ламинации не имеют конечных точек и не пересекаются друг с другом. Для применения железнодорожных путей к ламинациям часто важно ограничить формы, которые могут образовывать связные компоненты поверхности между кривыми путей. Например, Пеннер и Харер требуют, чтобы каждый такой компонент, приклеенный к своей копии вдоль границы для формирования гладкой поверхности с остриями, имел отрицательную характеристику Эйлера с остриями. Железнодорожный путь с весами, или взвешенный железнодорожный путь, или измеренный железнодорожный путь состоит из железнодорожного пути, к каждой ветви которого приписано неотрицательное вещественное число, называемое весом. Веса можно использовать для моделирования того, на какие стороны переключателя разделяются кривые из параллельного семейства кривых ламинации. Веса должны удовлетворять следующему условию переключения: вес, приписанный входящей ветви в переключателе, должен быть равен сумме весов, приписанных выходящим из этого переключателя ветвям. Веса тесно связаны с понятием переноса. Говорят, что железнодорожный путь переносит ламинацию, если существует окрестность железнодорожного пути, содержащая каждый лист ламинации и пересекающая каждое вертикальное волокно трансверсально. Если каждое вертикальное волокно имеет нетривиальное пересечение с некоторым листом, то ламинация полностью переносится железнодорожным путем.