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Característica de Euler

1758
  • Leonhard Euler
Mathematician's desk with Euler characteristic formula, quill, ink, and parchment.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

La característica de Euler es un invariante topológico, un número que describe la estructura o forma de un espacio topológico independientemente de su deformación. Para los poliedros, se define mediante la fórmula [latex]chi = V – E + F[/latex], donde V, E y F son el número de vértices, aristas y caras, respectivamente. Para una esfera, [latex]chi = 2[/latex], mientras que para un toro, [latex]chi = 0[/latex].

Euler’s original formula was stated for convex polyhedra. For any such shape, the sum of vertices minus edges plus faces is always 2. This discovery was one of the first examples of a topological property. The concept was later generalized to any topological space. For a finite CW-complex, the Euler characteristic can be defined as the alternating sum of the number of cells of each dimension: [latex]\chi = k_0 – k_1 + k_2 – \dots[/latex], where [latex]k_n[/latex] is the number of n-dimensional cells. This generalizes the V-E+F formula. A more profound generalization in algebraic topology defines the Euler characteristic in terms of homology groups. Specifically, it is the alternating sum of the Betti numbers [latex]b_n[/latex] (the rank of the n-th homology group): [latex]\chi = \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n b_n[/latex]. This definition makes it clear that the Euler characteristic is a topological invariant, as homology groups are themselves topological invariants. This number provides a powerful, yet simple, tool to distinguish between different topological surfaces. For example, any surface homeomorphic to a sphere will have [latex]\chi=2[/latex], and any surface homeomorphic to a torus will have [latex]\chi=0[/latex].

UNESCO Nomenclature: 1209
- Topología

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Geometría griega antigua sobre sólidos platónicos
  • La obra inédita de René Descartes sobre poliedros (Teorema de Descartes sobre el defecto angular total)
  • Primeros trabajos en teoría de grafos

Aplicaciones

  • infografía para la simplificación de mallas
  • teoría de grafos
  • topología algebraica (como suma alternada de números de Betti)
  • cartografía (problemas de coloración de mapas)
  • cosmología (estudio de la forma del universo)

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: Característica de Euler, invariante topológico, poliedro, vértices, aristas, caras, números de Betti, homología.

Contexto histórico

Característica de Euler

1640
1650
1747
1758
1777
1799
1812
1635
1650
1736
1750
1763-12-23
1780
1805
1822

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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