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这里是半个n维欧氏空间,规定为
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∶={(x1,x2,…,xn)∈En|xn≥0}.
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按照这个定义,En本身就是一个n维流形,Sn,Dn和Tn等也都是n维流形.而二次锥面并不是流形,除非把锥顶去掉,因为锥顶的任一邻域不同胚于E2或(请读者证明).
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设M是n维流形.点x∈M如果有同胚于En的开邻域,就称x是M的内点(注意此概念区别于第一章给出的子集内点的概念),否则称为边界点.全体内点的集合称为M的内部,它是M的一个开集.
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要让以上概念明确,我们还必须承认一些事实.譬如,n≠m时(否则流形的维数就失去意义了);还有,(否则就没有内点与边界点的区分了).这些事实现在还不能证明,以后将用基本群或同调群工具予以证明.
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从定义不难看出,流形满足C1公理(习题1),它还是局部道路连通和局部紧致的(习题6).
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如果n维流形有边界点,则记∂M是它的边界点的集合.可以证明∂M是一个没有边界点的(n-1)维流形.
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3.2 闭曲面
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二维流形称为曲面.如E2,S2,T2,平环和Möbius带都是曲面.前三个没有边界点.
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定义3.4 没有边界点的紧致连通曲面称为闭曲面.
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S2和T2都是闭曲面.E2不是闭曲面.D2,平环和Möbius带不是闭曲面,因为它们有边界点(下章证明,现在只能从直观上接受).
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射影平面P2是闭曲面,它的紧致性与连通性明显.只须验证每一点有开邻域同胚于E2.将它看作D2粘合S1上对径点的商空间.记p∶D2→P2是粘合映射.如果点y∈P2在p下的原像是D2的一个内点x,则是y的开邻域.如果p-1(y)是S1上一对对径点x与x′,取U=B(x,ε)∪B(x′,ε),ε<1(图3-16),则(读者自己证明),是y的开邻域.
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图3-16
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图3-17
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Klein瓶也是闭曲面.如果把它看作矩形的商空间,可用与P2相同的办法证明它的每一点有开邻域同胚于E2,不过多了一种情况:p-1(y)是矩形的四个顶点x1,x2,x2,x4(图3-17).令(ε足够小),则p(U)就是y的开邻域,它同胚于E2.
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一般地,假设Г是一个偶数边的多边形,如果成对地粘接Г的边,那么所得的商空间是闭曲面.
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3.3 两类闭曲面
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球面是最简单的闭曲面.对球面施用手术,可得到许多新的闭曲面.
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1.安环柄的球面
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