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基本群

基本群代數拓撲中的一個基本概念,它描述了一個拓撲空間中,從一點出發並回到該點的閉合曲線的性質。具體來說:

定義:對於給定的拓撲空間 (X) 和其中選定的一點 (x_0),所有過點 (x_0) 的迴路(即連續映射 (S^1 \to X))按照同倫關係形成的等價類全體構成一個群,這個群稱為 (x_0) 點的基本群,記作 (\pi_1(X, x_0))。

性質:

基本群是同倫型不變數,即兩個空間如果同倫等價,則它們的基本群同構。

基本群到整數群的同態映射全體構成一個群,叫做1維同調群,它們是重要的拓撲不變數。

如果拓撲空間是道路連通的,那麼基本群與選擇的起點無關,它只依賴於拓撲空間的幾何結構。

歷史與套用:

基本群的概念最早由法國數學家亨利·龐加萊提出並加以研究。

它在數學的各個分支中都有套用,例如著名的龐加萊猜想就與基本群有關。

通過以上概述,我們可以看到基本群不僅是拓撲學中的一個基本工具,也是理解空間結構和性質的重要手段。