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Caractéristique d'Euler

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

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

La caractéristique d'Euler est un invariant topologique, un nombre qui décrit la structure ou la forme d'un espace topologique, quelle que soit sa courbure. Pour les polyèdres, elle est définie par la formule χ = V - E + F, où V, E et F représentent respectivement le nombre de sommets, d'arêtes et de faces. Pour une sphère, χ = 2, tandis que pour un tore, χ = 0.

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
- Topologie

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Géométrie grecque antique sur les solides platoniciens
  • Œuvre inédite de René Descartes sur les polyèdres (Théorème de Descartes sur le défaut angulaire total)
  • Premiers travaux en théorie des graphes

Applications

  • infographie pour la simplification des maillages
  • théorie des graphes
  • topologie algébrique (en tant que somme alternée de nombres de Betti)
  • cartographie (problèmes de coloration des cartes)
  • cosmologie (étude de la forme de l'univers)

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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En lien avec : caractéristique d'Euler, invariant topologique, polyèdre, sommets, arêtes, faces, nombres de Betti, homologie.

Contexte historique

Caractéristique d'Euler

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

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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