المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
{ان أولى الناس بإبراهيم للذين اتبعوه}
2024-10-31
{ما كان إبراهيم يهوديا ولا نصرانيا}
2024-10-31
أكان إبراهيم يهوديا او نصرانيا
2024-10-31
{ قل يا اهل الكتاب تعالوا الى كلمة سواء بيننا وبينكم الا نعبد الا الله}
2024-10-31
المباهلة
2024-10-31
التضاريس في الوطن العربي
2024-10-31

شروط الجدال الأحسن
16-2-2021
التحمل المتداخل Cross–tolerance
20-12-2017
لفحة الشمس في الفلفل
20-9-2020
نضج وحصاد السمسم
2023-06-19
التعرّف على المنافقين!
24-09-2014
النفاق الأسري
12-10-2018

Homotopies and the Fundamental Group-The Fundamental Group of a Topological Space  
  
1536   11:06 صباحاً   date: 21-6-2017
Author : David R. Wilkins
Book or Source : Algebraic Topology
Page and Part : ...

Definition Let X be a topological space, and let x0 and x1 be points of X.

A path in X from x0 to x1 is defined to be a continuous map γ: [0, 1] → X for which γ(0) = x0 and γ(1) = x1. A loop in X based at x0 is defined to be a continuous map γ: [0, 1] → X for which γ(0) = γ(1) = x0.

We can concatenate paths. Let γ1: [0, 1] → X and γ2: [0, 1] → X be paths in some topological space X. Suppose that γ1(1) = γ2(0). We define theproduct path γ12: [0, 1] → X by

(The continuity of γ1.γ2 may be deduced from Lemma 1.1.)

If γ: [0, 1] → X is a path in X then we define the inverse path γ−1: [0, 1] →X by γ−1 (t) = γ(1−t). (Thus if γ is a path from the point x0 to the point x1 then γ−1 is the path from x1 to x0 obtained by traversing γ in the reverse direction.)

Let X be a topological space, and let x0 ∈ X be some chosen point of X.

We define an equivalence relation on the set of all (continuous) loops based at the basepoint x0 of X, where two such loops γ0 and γ1 are equivalent if and only if γ0 ≃ γ1 rel {0, 1}. We denote the equivalence class of a loop γ: [0, 1] → X based at x0 by [γ]. This equivalence class is referred to as the based homotopy class of the loop γ. The set of equivalence classes of loops based at x0 is denoted by π1(X, x0). Thus two loops γ0 and γ1 represent the same element of π1(X, x0) if and only if γ0≃ γ1 rel {0, 1} (i.e., there exists a homotopy F: [0, 1] × [0, 1] → X between γ0 and γ1 which maps (0, τ ) and  (1, τ ) to x0 for all τ ∈ [0, 1]).

Theorem 1.2 Let X be a topological space, let x0 be some chosen point of X,  and let π1(X, x0) be the set of all based homotopy classes of loops based at the point x0. Then π1(X, x0) is a group, the group multiplication on π1(X, x0)  being defined according to the rule [γ1][γ2] = [γ12] for all loops γ1 and γ2 based at x0.

Proof First we show that the group operation on π1(X, x0) is well-defined.

Let γ1, γ΄1, γ2 and γ΄2 be loops in X based at the point x0. Suppose that [γ1] = [γ΄1] and [γ2] = [γ΄2]. Let the map F: [0, 1] × [0, 1] → X be defined by

where F1: [0, 1] × [0, 1] → X is a homotopy between γ1 and γ΄1, F2: [0, 1] × [0, 1] → X is a homotopy between γ2 and γ΄2, and where the homotopiesF1 and F2 map (0, τ ) and (1, τ ) to x0 for all τ ∈ [0, 1]. Then F is itself a homotopy from γ12 to γ΄1.γ΄2, and maps (0, τ ) and (1, τ ) to x0 for all τ ∈ [0, 1]. Thus [γ12] = [γ΄1.γ΄2], showing that the group operation on π1(X, x0) is well-defined.

Next we show that the group operation on π1(X, x0) is associative. Let γ1, γ2 and γ3 be loops based at x0, and let α = (γ12).γ3. Then γ1.(γ23) = α◦θ,  where

Thus the map G: [0, 1]×[0, 1] → X defined by G(t, τ ) = α((1−τ )t+τθ(t)) is a homotopy between (γ12).γ3 and γ1.(γ23), and moreover this homotopy maps (0, τ ) and (1, τ ) to x0 for all τ ∈ [0, 1]. It follows that (γ12).γ3 ≃γ1.(γ23) rel {0, 1} and hence ([γ1][γ2])[γ3] = [γ1]([γ2][γ3]). This shows that the group operation on π1(X, x0) is associative.

Let ε: [0, 1] → X denote the constant loop at x0, defined by ε(t) = x0 for all t ∈ [0, 1]. Then ε.γ = γ ◦ θ0 and γ.ε = γ ◦ θ1 for any loop γ based at x0,  where

r all t ∈ [0, 1]. But the continuous map (t, τ ) → γ((1 − τ )t + τθj (t)) is a homotopy between γ and γ ◦ θj for j = 0, 1 which sends (0, τ ) and (1, τ )  to x0 for all τ ∈ [0, 1]. Therefore           ε.γ ≃ γ ≃γ.ε  rel {0, 1}, and hence  [ε][γ] = [γ] = [γ][ε]. We conclude that [ε] represents the identity element of π1(X, x0).

It only remains to verify the existence of inverses. Now the map K: [0, 1]×  [0, 1] → X defined by

is a homotopy between the loops γ.γ−1 and ε, and moreover this homotopy

sends (0, τ ) and (1, τ ) to x0 for all τ ∈ [0, 1]. Therefore γ.γ1 ≃ ε rel{0, 1}, and thus [γ][γ−1] = [γ.γ−1] = [ε]. On replacing γ by γ−1, we see also that [γ−1][γ] = [ε], and thus [γ−1] = [γ]−1, as required.

Let x0 be a point of some topological space X. The group π1(X, x0) is referred to as the fundamental group of X based at the point x0.

Let f: X → Y be a continuous map between topological spaces X and Y ,  and let x0 be a point of X. Then f induces a homomorphism f#: π1(X, x0) →π1(Y, f(x0)), where                           f#([γ]) = [f ◦ γ] for all loops γ: [0, 1] → X based at x0.

If x0, y0 and z0 are points belonging to topological spaces X, Y and Z, and if f: X → Y and g: Y → Z are continuous maps satisfying f(x0) = y0 and g(y0) = z0, then the induced homomorphisms f#: π1(X, x0) → π1(Y, y0) and g#: π1(Y, x0) → π1(Z, z0) satisfy g# ◦ f# = (g ◦ f)#. It follows easily from this that any homeomorphism of topological spaces induces a corresponding isomorphism of fundamental groups, and thus the fundamental group is a topological invariant.

 

 

 

 

 




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.