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Caratteristica di Eulero

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

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

La caratteristica di Eulero è un invariante topologico, un numero che descrive la struttura o la forma di uno spazio topologico indipendentemente da come esso viene curvato. Per i poliedri, è definita dalla formula χ = V - E + F, dove V, E e F sono rispettivamente il numero di vertici, spigoli e facce. Per una sfera, χ = 2, mentre per un toro, 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
- Topologia

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Geometria greca antica sui solidi platonici
  • L'opera inedita di René Descartes sui poliedri (teorema di Descartes sul difetto angolare totale)
  • Primi lavori sulla teoria dei grafi

Applicazioni

  • grafica computerizzata per la semplificazione delle mesh
  • teoria dei grafi
  • topologia algebrica (come somma alternata di numeri di Betti)
  • cartografia (problemi di colorazione delle mappe)
  • cosmologia (studio della forma dell'universo)

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Argomenti correlati: caratteristica di Eulero, invariante topologico, poliedro, vertici, spigoli, facce, numeri di Betti, omologia.

Contesto storico

Caratteristica di Eulero

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

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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