Bestiario Topológico

¿Qué es una fibración de Hopf? La fibración de Hopf es una construcción fundamental en topología que ofrece una manera sorprendente de descomponer esferas de dimensiones superiores. Formalmente, es una aplicación continua de la 3-esfera a la 2-esfera: \( h: S^3 \to S^2 \) con la notable propiedad de que la preimagen \( h^{-1}(p) \) de cada punto \( p \in S^2 \) es un círculo \( S^1 \). En otras palabras, \(S^3\) puede escribirse como una unión disjunta de círculos (llamados fibras ), uno por cada punto de la 2-esfera ordinaria. ¿Por qué es importante? La fibración de Hopf no es solo una curiosidad matemática; desempeña un papel central tanto en matemáticas como en física: En Matemáticas: Fue el primer ejemplo conocido de un haz fibrado no trivial , mostrando que los espacios pueden estar “entrelazados” de formas globalmente no obvi...

Imagen tomada del libro Formas , de la Biblioteca infantil de Britannica,  Encyclopedia Britannica, Inc., 1979  

En términos generales, la teoría de Morse trata del estudio de una variedad suave $M$ a través de funciones continuas $f:M\to \mathbb{R}$; en particular, estudia la relación que existe entre  los puntos críticos de una función $f$ con ciertos subespacios $M_t$, que forman una filtración para $M$. Algunos conceptos del cálculo Recordemos que la derivada de la función $f:\mathbb{R}\to \mathbb{R}$ está dada por  $$ Df(x)= \frac{d}{dx}f(x)= \lim_{t\to 0} \frac{f(x+t)-f(x)}{t}$$ Un punto $x\in \mathbb{R}$ es crítico para $f$ si $Df(x)=0$; estos puntos son importantes pues representan los  máximos y los mínimos de la función, equivalentemente, son los puntos donde la función cambia de dirección.  En general, para una función de la forma $f:\mathbb{R}^d\to \mathbb{R}$, es posible definir puntos críticos a través de su  campo vectorial   gradiente : $$\nabla f:\mathbb{R}^d\to \mathbb{R}^d,\;\; x\mapsto \nabla f(x) = \left[\frac{df}{dx_1}(x),\frac{df}{dx_2}(...

Physical bodies can be studied in two ways: through their internal structure or through their interaction with known objects.... In topology,  homology theory corresponds to the former, while homotopy theory corresponds to the latter. Riemann, Topology, and Physics , Michael Monastyrsky, Birkhäuser, 2008.

En algún lado escuché que es más fácil aprender a pilotar un avión que entender qué fuerzas actúan en él para mantenerlo en el aire. En topología ocurre algo similar cuando se trata de homeomorfismos (deformaciones continuas) entre espacios: en muchas ocasiones es más fácil transmitir la idea ( el feeling) de la deformación que escribir la fórmula explícita de las funciones involucradas.  

En esta nota hablaremos acerca de la teoría de homología para espacios topológicos; daremos su definición, algunos cálculos sencillos y hablaremos de ciertas aplicaciones inmediatas. A  lo largo de este texto $R$ denotará un anillo conmutativo con identidad.  Definiciones En términos generales, la homología de un espacio $X$ es la construcción de un funtor covariante $$ \mathcal{Top}\longrightarrow R\mathcal{Mod},\qquad X\mapsto H_*(X;R)=\{H_0(X;R),H_1(X;R), \ldots\} $$ que asocia a cada espacio topológico $X$ una colección de $R$-módulos. De manera particular,  dicho funtor se construye en dos pasos: $\bullet$ A partir de $X$, y dependiendo si tiene una estructura diferenciable, continua o combinatoria, se construye un complejo de cadenas de $R$-módulos: $$ \cdots \stackrel{}{\longrightarrow} C_{q+1}(X;R)\stackrel{\partial_{q+1}}{\longrightarrow} C_q(X;R)\stackrel{\partial_q}{\longrightarrow}C_{q-1}(X;R)\stackrel{}{\longrightarrow}$$ Es decir, una colección de ...

Sean $\mathbb{F}$ un campo y $n$ entero positivo. Para un elemento $f\in\mathbb{F}[x_1, \ldots,x_n]$, en el anillo de polinomios con coeficientes en $\mathbb{F}$, consideramos $$D(f):=\{(a_1,a_2,\ldots, a_n)\in \mathbb{F}^n\;|\; f(a_1,a_2,\ldots, a_n)\neq 0\},$$ llamados conjuntos abiertos distinguidos . Afirmación : la colección $\mathcal{D}:=\{D(f)\;|\; f\in\mathbb{F}[x_1, \ldots,x_n]\}$ es una base para una topología en $\mathbb{F}^n$. Solución. Para el polinomio constante $1=1+0x_1+\cdots 0x_n$ se tiene que $D(1)=\mathbb{F}^n$. Por otro lado, para $D(f),D(g)\in \mathcal{D}$ tomamos el producto $f\cdot g$ de los polinomios correspondientes y notamos que $D(f)\cap D(g)=D(f\cdot g)$; asi que $D(f)\cap D(g)\in \mathcal{D}$. $\blacksquare$ La topología obtenida de este modo es llamada la topología (por abiertos) de Zariski ; algunos autores prefieren definir dicha topología considerando los cerrados  $$V(f):=\mathbb{F}^n\backslash D(f)=\{(a_1,a_2,\ldots, a_n)\in \mathbb{F}^n\;|\; f...

En palabras de G. Carlsson: "Humans are really good at recognizing deformation invariant properties". Debido a esta habilidad, los humanos podemos leer una palabra independientemente de la fuente que haya sido usada al escribirla: topología topología topología topología topología topología topología topología topología La cita fue tomada del video de Gunnar Carlsson sobre el Análisis Topológico de Datos: 

Tenemos el gusto de presentar este proyecto: Invitación a la Topología General Este material ha sido elaborado para usarse como notas de curso para las materias de Topología que se imparten en la Unidad Académica de Matemáticas de la Universidad Autónoma de Zacatecas. Sin embargo, esperamos que sea de utilidad a cualquier persona interesada en estudiar esta hermosa rama de las matemáticas.

Seguramente conoces lo que es un toro: Y también seguramente conoces lo que es un nudo trébol: Pero, ¿alguna vez has visto la combinación de ambos? Las siguientes imágenes muestran un nudo trébol en el interior de un toro. En la Figura 1, podemos apreciar en el interior el nudo trébol. Figura 1. En la Figura 2 podemos observar una animación de la superficie del toro con el nudo en su interior. Figura 2. En la Figura 3 podemos observar con más detalle en el interior del toro el nudo trébol y en la Figura 4 la animación de la misma. Figura 3. Figura 4.