同伦论基础

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出版者:北京大学出版社
作者:廖山涛
出品人:
页数:280
译者:
出版时间:1980
价格:10.20
装帧:
isbn号码:9787301013731
丛书系列:北京大学数学丛书
图书标签:
  • 代数拓扑5
  • 数学
  • 拓扑学
  • @电子版
  • 2008-
  • 同伦论
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  • 基本群
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具体描述

《代数拓扑入门》 本书旨在为读者提供一个坚实的代数拓扑学基础,作为进入更高级研究领域的跳板。我们将从最基本的概念出发,循序渐进地构建起理解拓扑空间结构的理论框架。 第一部分:拓扑空间与连续映射 在开始代数拓扑之前,我们需要回顾并深化对拓扑空间的理解。我们将从集合论出发,引入拓扑学的核心概念:开集、闭集、邻域、基以及一些重要的拓扑性质,例如分离公理(T0, T1, T2, T3, T4)、紧致性和连通性。我们将详细讨论这些性质的定义、判别方法以及它们之间的关系。 拓扑的定义与构造: 学习如何在一个集合上定义拓扑,理解拓扑的公理体系,并探索各种构造拓扑的方法,如子空间拓扑、积拓扑、商拓扑等。 连续映射与同胚: 深入理解连续映射的定义及其性质,并引入同胚的概念,这是衡量拓扑空间是否“相同”的关键。我们将通过具体的例子展示如何判断两个空间是否同胚。 重要拓扑空间: 学习欧几里得空间 $mathbb{R}^n$ 的基本性质,以及一些常见的拓扑空间,如球面、环面、以及它们的拓扑性质。 第二部分:基本群与覆叠空间 代数拓扑的核心目标之一是通过代数工具来研究拓扑空间的性质。基本群是第一个强大的代数不变量,它能捕捉到空间的“洞”和“连通性”信息。 路径与同伦: 定义路径、路径的连接以及路径的同伦。我们将详细阐述路径同伦的等价关系,并引入基本群的运算。 基本群的计算: 学习如何计算简单空间的 Remarkable 群,例如点、圆周 $S^1$、圆盘 $D^n$、球面 $S^n$(特别是 $S^1$ 的 Remarkable 群 $mathbb{Z}$),以及这些 Remarkable 群如何刻画这些空间的拓扑结构。 覆叠空间的理论: 覆叠空间是理解 Remarkable 群的一个重要视角。我们将详细介绍覆叠空间的定义、构造以及它们与 Remarkable 群之间的深刻联系,包括 Remarkable 群的 lifting property。 万有覆叠空间: 介绍万有覆叠空间的唯一性,以及它如何提供研究 Remarkable 群的一个强大工具。 第三部分:链复形与奇异同调 在学习了 Remarkable 群之后,我们将转向更强大的代数不变量——同调群。同调论通过构建链复形,并研究其边界算子,来捕捉拓扑空间的“洞”的更深层次信息。 链复形与链群: 定义链复形、链群、边界算子以及差分算子。我们将理解这些代数结构如何与拓扑空间关联起来。 同调群的定义: 通过链复形的核与像的关系,定义同调群。我们将详细解释同调群的意义,以及它们如何反映空间的拓扑特征。 奇异同调: 介绍奇异同调的构造,即利用所有连续映射 $S^n o X$ 来定义 $n$ 维的奇异链。我们将展示奇异同调的定义、性质以及如何计算一些基本空间的奇异同调群。 同调的函子性: 证明同调是拓扑空间的函子不变量,这意味着同胚的空间具有同构的同调群。 Mayer-Vietoris 序列: 学习 Mayer-Vietoris 序列这个重要的计算工具,它允许我们通过空间的分解来计算其同调群。 第四部分:CW 复合体与同调的计算 CW 复合体是一种特殊的拓扑空间,其结构允许我们更有效地计算同调群。 CW 复合体的构造: 介绍 CW 复合体的定义与性质,包括胞腔的定义、连接方式以及如何通过胞腔来构造 CW 复合体。 CW 复合体的同调: 证明 CW 复合体在某种意义上具有与奇异同调相同的同调群。 同伦等价与同调: 讨论同伦等价的拓扑空间具有同构的同调群。 计算实例: 通过一些典型的 CW 复合体,例如球面 $S^n$、$n$ 维球面、射影空间等,演示如何利用 Mayer-Vietoris 序列等工具计算它们的同调群。 第五部分:球面同调 球面在拓扑学中扮演着至关重要的角色,它们的同调群具有丰富的结构和重要的应用。 球面的构造与性质: 回顾球面的定义、拓扑性质以及它们作为 CW 复合体的结构。 球面的同调群: 计算球面的同调群,并揭示其结构。 球面同调在其他领域的应用: 简要介绍球面同调在其他代数拓扑问题中的应用,例如同伦群的计算等。 本书的编写力求清晰易懂,理论与实例相结合。我们会避免使用过于抽象的语言,尽量通过具体的例子来阐明概念。每一章节都包含若干练习题,旨在帮助读者巩固所学知识,并初步接触到一些代数拓扑的研究前沿。 本书适合数学系本科高年级学生、研究生以及对代数拓扑感兴趣的数学研究人员阅读。通过学习本书,读者将能够理解代数拓扑学的基本思想和方法,为进一步深入研究打下坚实的基础。

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读后感

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用户评价

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我對書中對於範疇論初步介紹的部分印象尤為深刻。它並沒有將範疇論作為一個獨立的、難以接近的學科來呈現,而是巧妙地將其融入到同倫論的框架之中,作為一種強有力的語言和工具來使用。作者用非常生動的例子,比如集合之間的函數、拓撲空間之間的連續映射,來解釋物件和態射的概念,並且強調了範疇論在統一不同數學領域方面的強大威力。我一向認為,學習數學不僅是記憶公式和定理,更是培養一種抽象思維和邏輯推理的能力,而範疇論恰恰是培養這些能力的上乘之選。這本書在這方面的處理,讓我感覺像是獲得了一把通往更高層次數學殿堂的金鑰匙。它讓我知道,原來看似孤立的數學分支,實際上是可以通過一個更為宏觀、更為抽象的視角來聯繫起來的。而且,作者在講解範疇論時,並沒有回避其抽象性,而是通過精妙的比喻和對比,將其核心思想清晰地傳達出來,讓我對物件、態射、函子、自然變換等概念有了全新的理解。這本書的優點在於,它能夠在保持數學嚴謹性的同時,讓讀者感受到數學之美和其內在的統一性。

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書中關於映射空間和迭代的討論,為我提供了一種全新的理解函數和空間之間關係的視角。作者從最簡單的映射空間開始,比如兩個點集之間的映射,然後逐步討論了映射的同倫,以及映射空間本身的拓撲結構。我一直認為,數學的精髓在於其抽象性,而映射空間正是這種抽象性的集中體現。這本書巧妙地將同倫的概念應用於映射空間,並探討了映射的迭代問題,這讓我對函數的複合和不動點等概念有了更為深刻的理解。我尤其欣賞作者在處理這些概念時,所展現出的嚴謹和細膩。他不僅給出了必要的定義和證明,還通過一些精巧的例子,說明了這些概念的重要性以及它們在解決實際問題中的作用。例如,在討論迭代時,他引用了一些關於收斂性的討論,這讓我對迭代的潛在應用有了更直觀的認識。這本書不僅僅是在傳授知識,更是在啟發讀者進行更深入的思考。

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我對書中關於紐結理論和它的拓撲不變量的介紹,感到非常驚喜。作者並沒有直接進入複雜的數學定義,而是從我們日常生活中常見的“繩結”入手,引導讀者思考如何區分不同類型的繩結,以及如何用數學的方法來描述它們。我一直覺得,數學能夠將看似雜亂無章的現象,提煉出其本質的規律,而紐結理論正是這樣一個絕佳的例子。書中對於多項式不變量,如瓊斯多項式的介紹,更是讓我看到了數學的創造力。它將代數的語言,巧妙地應用於幾何問題,從而找到了描述紐結特徵的有力工具。我對學習數學,一直抱持著一種探索未知、尋找規律的態度,而這本書在這方面滿足了我所有的期待。作者的講解,不僅充滿了趣味性,而且也展現了數學的深刻內涵。它讓我認識到,即使是看似簡單的“繩結”,也能夠蘊含著如此豐富而精妙的數學結構,這實在是令人著迷。

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書中關於流形上的微分形式和德拉姆複形的討論,為我打開了一個全新的幾何與代數交融的世界。作者從最基本的微分形式開始,解釋了它們如何能夠捕捉空間的局部信息,然後逐步引導讀者進入德拉姆複形的結構,以及如何通過外微分算子和德拉姆定理來聯繫局部信息和全局拓撲。我對數學的學習,一直追求一種內在的統一性和結構性,而德拉姆定理恰恰是這種追求的典範。它展示了微分幾何和代數拓撲之間深刻的聯繫,讓我知道,原來空間的“洞”和“連通性”,可以通過對微分形式的“積分”和“外微分”來精確地刻畫。我尤其欣賞作者在講解這些概念時,所展現出的嚴謹和清晰。他不僅給出了必要的定義和證明,還通過一些經典的例子,說明了這些概念的意義以及它們在物理學中的應用,例如在電磁學中的表現。這本書的價值,不僅在於其傳授的知識,更在於其啟發讀者對數學世界進行更深入探索的潛能。

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在翻閱這本書時,我被作者對於概念演繹的細膩處理所深深吸引。書中在介紹同倫等價性時,並沒有直接拋出定義,而是先從一個看似簡單的問題入手,比如“兩條曲線是否可以不經過斷裂和黏貼連續地變換成對方?”,然後逐步引導讀者思考“變形”的本質,以及如何形式化地描述這種“變形”。這種循序漸進的教學方法,就像是在為我搭建一座堅實的橋樑,讓我能夠在理解一個概念之前,先對其背後的問題背景和動機有清晰的認識。我對數學的學習,一直比較看重理論與實踐的結合,而這本書在這方面做得尤為出色。作者在解釋諸如纖維叢、特徵類等進階概念時,不僅給出了嚴謹的定義和證明,還引用了許多歷史上的重要發現和應用場景,例如纖維叢在微分幾何和拓撲學中的核心作用,以及特徵類在研究流形上的重要意義。這些背景知識的補充,讓我不僅理解了“是什麼”,更明白了“為什麼”要學這些東西,極大地激發了我深入鑽研的興趣。我尤其欣賞作者在處理證明時的邏輯清晰度和結構性,每一個環節都銜接得非常自然,讓人在閱讀過程中能夠輕鬆跟隨,而不至於迷失在繁複的符號和推導之中。

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在講解龐加萊猜想的歷史背景和相關概念時,作者的敘述方式簡直是一場思想的盛宴。他並沒有直接給出猜想的內容,而是先介紹了黎曼幾何的發展,以及人們試圖理解三維空間結構的漫長歷程。然後,他逐步引導讀者進入流形的分類問題,並在此過程中引入了龐加萊猜想的核心思想——一個單連通的緊致三維流形是否一定是三維球面。我對數學史的了解並不深入,但這本書通過生動的語言和詳實的資料,將龐加萊猜想的提出、探索和最終證明的過程,描繪得如同史詩般波瀾壯闊。它讓我認識到,數學的發展並非一蹴可幾,而是無數數學家們艱辛探索、不斷試錯的結果。我非常欣賞作者在處理這些複雜歷史和前沿問題時,能夠保持高度的嚴謹性和清晰度,讓讀者在領略數學魅力的同時,也能感受到數學研究的艱辛與偉大。這本書不僅是一本數學教材,更是一部關於數學思想史的精彩畫卷。

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書中關於道路同倫和基本群的部分,是我認為最為精妙的數學介紹之一。作者以非常詩意和形象化的語言,將“道路”比作在空間中行走的軌跡,而“道路同倫”則是兩條軌跡可以不離開空間而相互連續變形的性質。隨後,他自然而然地引入了基本群的概念,並解釋了它如何捕捉空間的“洞”或“圈”。我對這種從直觀感知出發,逐步走向形式化定義的過程,一直非常推崇。這本書在這方面做得極其出色,它讓我深刻理解了基本群作為一種不變量,如何能夠幫助我們區分不同拓撲性質的空間。我對數學的學習,尤其注重概念的來源和應用的前景。這本書在這方面給了我很大的啟發,讓我認識到,即使是看似抽象的數學結構,也能夠擁有如此豐富的幾何直觀和實際應用價值,例如在圖像識別、網絡安全等領域的潛在應用。作者對這些內容的鋪陳,絲絲入扣,層層遞進,讓我在享受閱讀樂趣的同時,也獲得了紮實的數學知識。

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我對書中關於纖維叢和聯絡的介紹,感覺像是打開了一個全新的數學維度。作者從一個非常直觀的比喻開始,將纖維叢比作在一個基礎空間上“疊加”許多“纖維”,而纖維之間又存在著一種“連接”關係,這就是聯絡。這個比喻瞬間就讓我對這些抽象的概念有了初步的理解。隨後,他深入到微分幾何的語言,解釋了聯絡如何幫助我們在纖維叢中定義“平行移動”,以及如何通過曲率來衡量這種“平行移動”的不確定性。我一直對微分幾何和廣義相對論等物理學領域的數學基礎非常感興趣,而這本書在這方面的闡釋,為我提供了極其寶貴的入門知識。它讓我認識到,纖維叢和聯絡不僅是純粹的數學概念,更是描述物理世界中許多基本現象的有力工具。作者的講解,層層遞進,從直觀的比喻到嚴謹的定義,再到具體的計算,讓我能夠一步步地掌握這些複雜的數學工具,並對其在物理學中的應用有初步的認識。

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这本书的装帧设计真的很用心,封面选用了沉静的湖蓝色,配以简洁而富有深度的几何图形,触感也相当不错,拿在手里有一种厚重而扎实的感觉。我尤其喜欢它的排版,字号适中,行距也留得恰到好处,阅读起来非常舒服,即使长时间研读也不会感到视觉疲劳。我普段對抽象數學的學習一直抱持著一種既渴望又畏懼的態度,總覺得自己難以捕捉那些極為抽象的概念。然而,這本書在開篇的引言部分,用一種極具啟發性的方式,將同倫的概念與我們生活中常見的連續變形現象巧妙地聯繫起來,例如橡皮筋的拉伸、麵團的揉捏,甚至是一些藝術品的演變。這種由具體到抽象的引導方式,瞬間就消除了我對這門學科的陌生感,讓我感覺自己似乎能透過這些日常的例子,初步窺見同倫論那精妙的數學結構。作者在文字表達上,展現了非常紮實的功底,不僅嚴謹,而且充滿了人文關懷,仿佛是一位經驗豐富的老師,耐心地引導著初學者一步步探索未知的數學世界。我期待它能為我打開一扇新的思考方式的大門,讓我能以更為直觀和感性的方式去理解那些看似深不可測的數學原理。

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在探討圓群、球面同倫群等具體例子時,作者展現了極為高超的教學技巧。他並沒有直接給出這些群的複雜結構,而是先從圓周上點的連續變形開始,逐步引導讀者理解同倫等價性的概念,然後再將這種思想推廣到更高維度的球面。我一直覺得,數學的學習,最怕的就是那些空泛的概念和抽象的定義,而這本書恰恰能將這些難以捉摸的概念,通過具體的幾何對象和直觀的變形過程,變得清晰而有意義。我尤其欣賞作者在解釋球面上點的“不變性”和“變形性”時所使用的圖示,它們非常生動地展示了高維空間的奇妙性質,讓我這個初學者也能夠大致理解球面同倫群的結構。而且,書中對於這些群的計算方法,也是逐步引入,先從低維情況入手,再逐步推廣到高維,這種方式非常有利於讀者建立起完整的計算框架。它不僅教會了我計算的步驟,更重要的是讓我理解了計算背後的原理和思想。我感覺這本書的作者是一位真正懂得如何教授複雜數學知識的藝術家。

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