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(4)
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(5)在O处没有同胚于En的开邻域,从而n维流形的边界点与内点的区分是有意义的.
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(4)和(5)可仿照第四章中关于n=2的相应情形进行证明.
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本章中将讲几个深入一些的应用,涉及到映射度与不动点问题.
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§1 球面自映射的映射度
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1.1 球面自映射的映射度的定义与性质
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设f∶Sn→Sn,n≥1.f诱导出f*n∶Hn(Sn)→Hn(Sn).由于f*n决定一个整数k,使得∀α∈Hn(Sn),f*n(α)=kα.称整数k为f的映射度,记作deg(f)①.
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映射度有下列基本性质.
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命题8.1 (1)若f,g:Sn→Sn都连续,则
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deg(gf)=deg(g)·deg(f);
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(2)如果则
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deg(f)=deg(g);
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(3)如果f∶Sn→Sn零伦,则deg(f)=0;
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(4)deg(id)=1.
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证明 (1)和(4)分别由命题7.11的(2)和(1)推出;(2)由定理7.5得到;(3)由(2)推出(注意常值映射导出零同态). ▎
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(2)是著名的Hopf映射度定理的一半,该定理说:n维球面的两个连续自映射同伦的充分必要条件是它们的映射度相等.这个定理的另一半的证明比较难,并且下面我们用到的只是(2),因此不给出Hopf定理完整的证明了.
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下面都是映射度的应用.作为映射度的直接应用,首先来完成Brouwer不动点定理的证明.
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第四章中已叙述了Brouwer不动点定理,并把它的证明归结到证明Sn-1上恒同映射不零伦.综合命题8.1的(3)与(4),直接得到这个断言,从而完成了Brouwer定理的证明.
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1.2 对径映射的映射度及其应用
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球面Sn看作En+1中的单位球面,Sn的对径映射即Sn关于原点O的中心对称,记作h∶Sn→Sn.于是h(x)=-x,∀x∈Sn.
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显然h2=id,因此
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(deg(h))2=deg(id)=1,
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从而
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