Математическая планета. Путешествие вокруг света | страница 53
* * *
ТОПОЛОГИЯ
Топология — раздел математики, изучающий формы, но не размеры, то есть не длины, углы, площади или объемы. С точки зрения топологии все объекты мягкие и деформируемые. Если путем непрерывной деформации, то есть без разрезов и склеек, двум объектам можно придать одинаковую форму, такие объекты называются топологически эквивалентными. К примеру, все многоугольники топологически эквивалентны кругу. Это же можно сказать о многогранниках и сфере. Топологически эквивалентными также являются футболка и лист бумаги с четырьмя отверстиями. В топологии определяющим свойством фигуры является число ее отверстий. Кольцо топологически эквивалентно чашке, так как и кольцо, и чашка имеют одинаковое число отверстий, в отличие от стакана, в котором отверстий нет. Точно так же эквивалентными будут ложка и вилка, так как в них нет отверстий.
Цилиндр и кольцо топологически эквивалентны.
* * *
Цикл, обладающий осевой симметрией второго порядка, проходит через три вершины сетки на каждой стороне квадрата. Это же верно и в случае, когда на каждой стороне находится всего одна вершина.
Если число вершин сетки на каждой стороне квадрата четное, имеем другую разновидность цикла, с осевой симметрией четвертого порядка (относительно поворота на 90°).
За исключением случая, когда на каждой стороне располагается всего одна вершина, различные циклы такого типа (обладающие осевой симметрией четвертого порядка) можно определить для любого числа вершин на стороне квадрата, как четного, так и нечетного. Для сетки размером 4 x 4 это будут две вершины, для сетки размером 7 x 7 — три.
Если число вершин сетки на каждой стороне квадрата четное (сетка состоит из нечетного числа клеток), то не существует цикла, проходящего через все вершины и подобного исходному узлу.
Чтобы получить бесконечный узел, проходящий через все вершины сетки, нужно, чтобы число вершин на каждой стороне квадрата было нечетным, или, что аналогично, число клеток сетки — четным.
Теорема 1: Если сетка состоит из четного числа клеток, полученный узел будет бесконечным, подобно исходному, и будет обладать осевой симметрией второго порядка (относительно поворота на 180°).
Теорема 2: Для любого числа клеток сетки n>2 при n = 2·k или n = 2·k + 1 определимы k циклов с осевой симметрией четвертого порядка.
Ранее мы показали, что в сетке из 49 клеток (n = 7 = 2·3 + 1) можно определить три цикла, обладающих осевой симметрией четвертого порядка. В сетке из 16 клеток (16 = (2·2)
