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オイラー標数

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

(画像はイメージです)

オイラー標数は位相不変量であり、位相空間の構造や形状を、その歪み方に関係なく記述する数値です。多面体の場合、[latex]chi = V – E + F[/latex] という式で定義されます。ここで、V、E、F はそれぞれ頂点、辺、面の数です。球の場合、[latex]chi = 2[/latex]、トーラスの場合、[latex]chi = 0[/latex] となります。

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
トポロジー

タイプ

抽象システム

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • プラトン立体に関する古代ギリシャ幾何学
  • ルネ・デカルトの多面体に関する未発表の研究(デカルトの全角欠陥に関する定理)
  • グラフ理論における初期の研究

アプリケーション

  • メッシュ簡略化のためのコンピュータグラフィックス
  • グラフ理論
  • 代数トポロジー(ベッチ数の交代和として)
  • 地図作成(地図の色分け問題)
  • 宇宙論(宇宙の形状を研究する学問)

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:オイラー標数、位相不変量、多面体、頂点、辺、面、ベッチ数、ホモロジー。

歴史的背景

オイラー標数

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

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

関連する発明、革新、および技術原理

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