拓扑流形

在数学中，拓扑流形（ topological manifold ）是一个“局部上看起来像是 ${\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}$ ”的拓朴空间，是微分几何的主要研究对象。所有其他类型的流形（ manifolds ）都是带有额结构的拓扑流形。例如可微流形是一个带有额外的“微分结构”的拓扑流形；而光滑流形则要求这个“微分结构”要是无穷可微的。

形式定义

一个 ${\displaystyle n}$ 维拓扑流形（或简称流形）是一个拓扑空间 ${\displaystyle M}$ ，满足以下性质^[1]：

1. ${\displaystyle M}$ 是豪斯多夫空间。
2. ${\displaystyle M}$ 是第二可数空间。
3. 对于每个 ${\displaystyle M}$ 中的点，找的到一个该点的邻域 ${\displaystyle U}$ ，使得 ${\displaystyle U}$ 和 ${\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}$ 同胚。

范例

• 连续函数的图形。
• ${\displaystyle n}$ 维的球体。
• ${\displaystyle n}$ 维射影空间。
• 环面

范例

${\displaystyle n}$ 维流形

• ${\displaystyle n}$ 维欧几里得空间 ${\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}$ 是一个 ${\displaystyle n}$ 维拓扑流形。
• 离散空间是一个 ${\displaystyle 0}$ 维拓扑流形。
• 圆形是一个紧致的 ${\displaystyle 1}$ 维拓扑流形。
• 环面和克莱因瓶是紧致的 ${\displaystyle 2}$ 维拓扑流形。
• ${\displaystyle n}$ 维的球面是一个紧致的 ${\displaystyle n}$ 维流形。
• ${\displaystyle n}$ 维的环面是一个紧致的 ${\displaystyle n}$ 维流形。