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Característica de Euler

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

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A característica de Euler é um invariante topológico, um número que descreve a estrutura ou forma de um espaço topológico, independentemente de como ele seja curvado. Para poliedros, ela é definida pela fórmula χ = V × E + F, onde V, E e F são o número de vértices, arestas e faces, respectivamente. Para uma esfera, χ = 2, enquanto para um 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 abstrato

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Geometria da Grécia Antiga sobre sólidos platônicos
  • Obra inédita de René Descartes sobre poliedros (Teorema de Descartes sobre o defeito angular total)
  • Primeiros trabalhos em teoria dos grafos

Aplicações

  • computação gráfica para simplificação de malhas
  • teoria dos grafos
  • topologia algébrica (como a soma alternada de números de Betti)
  • cartografia (problemas de coloração de mapas)
  • cosmologia (estudo da forma do universo)

Patentes:

NA

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Relacionado a: característica de Euler, invariante topológico, poliedro, vértices, arestas, faces, números de Betti, homologia.

Contexto histórico

Característica de Euler

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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