Krantz, S. G. "The Index or Winding Number of a Curve about a Point." §4.4.4 in Handbook of Complex Variables. Boston, MA: Birkhäuser, pp. 49-50, 1999.
卷绕数, 平面上的闭曲线关于某个点的, winding, number, 是一个整数, 它表示了曲线绕过该点的总次数, 与曲线的定向有关, 如果曲线依顺时针方向绕过某个点, 则是负数, 这条曲线关于点p的是2, 在代数拓扑中是基本的概念, 在向量分析, 复分析, 几何拓扑, 微分几何和物理学中也扮演了重要的角色, 目录, 描述, 正式的定义, 其它定义, 微分几何, 复分析, 回转数, 参见, 参考文献, 外部链接描述, 编辑, nbsp, 沿着红色曲线移动的物体绕着原点逆时针旋转了两圈, 假设在xy平面上有一条有. 平面上的闭曲线关于某个点的卷绕数 Winding number 是一个整数 它表示了曲线绕过该点的总次数 卷绕数与曲线的定向有关 如果曲线依顺时针方向绕过某个点 则卷绕数是负数 这条曲线关于点p的卷绕数是2 卷绕数在代数拓扑中是基本的概念 在向量分析 复分析 几何拓扑 微分几何和物理学中也扮演了重要的角色 目录 1 描述 2 正式的定义 3 其它定义 3 1 微分几何 3 2 复分析 4 回转数 5 参见 6 参考文献 7 外部链接描述 编辑 nbsp 沿着红色曲线移动的物体绕着原点逆时针旋转了两圈 假设在xy平面上有一条有向的闭曲线 我们可以把曲线想象为某个物体的运动轨迹 运动方向就是曲线的方向 曲线的卷绕数就是物体逆时针绕过原点的总次数 计算绕过原点的总次数时 逆时针方向的运动算正数 顺时针方向的运动算负数 例如 如果物体首先依逆时针方向绕过原点四次 然后再依顺时针方向绕过原点一次 那么曲线的卷绕数就是3 利用这种方案 根本不绕过原点的曲线的卷绕数就是零 而顺时针绕过原点的曲线的卷绕数就是负数 因此 曲线的卷绕数可以是任何整数 以下的图中显示了卷绕数为 2 1 0 1 2和3的曲线 displaystyle cdots nbsp nbsp nbsp nbsp 2 1 0 nbsp nbsp nbsp displaystyle cdots nbsp 1 2 3正式的定义 编辑x y平面上的曲线可以用参数方程来定义 x x t y y t 0 t 1 displaystyle x x t quad quad y y t qquad 0 leq t leq 1 nbsp 如果我们把参数t视为时间 那么这个方程就描述了物体在t 0 和t 1 期间在平面上的运动 只要函数x t 和y t 是连续的 运动的轨迹就是一条曲线 只要物体的位置于t 0 和t 1 时相同 这条曲线就是闭曲线 我们可以用极坐标系来定义这种曲线的卷绕数 假设曲线不经过原点 我们可以把参数方程写成极坐标的形式 r r t 8 8 t 0 t 1 displaystyle r r t quad quad theta theta t qquad 0 leq t leq 1 nbsp 函数r t 和8 t 必须是连续的 r gt 0 因为最初和最终的位置是相同的 所以8 0 和8 1 的差必须是2p的整数倍 这个整数就是卷绕数 卷绕数 8 1 8 0 2 p displaystyle frac theta 1 theta 0 2 pi nbsp 这个公式定义了xy平面上曲线关于原点的卷绕数 把坐标系平移 我们就可以把这个定义推广到关于任何点p的卷绕数 其它定义 编辑卷绕数在不同的数学领域中通常有不同的定义 以下的定义都与上面的定义等价 微分几何 编辑 在微分几何中 通常假设参数方程是可微的 或至少分段可微的 在这种情况下 极坐标系8与直角坐标系x和y有以下的关系 d 8 1 r 2 x d y y d x displaystyle d theta frac 1 r 2 left x dy y dx right quad nbsp 其中r 2 x 2 y 2 displaystyle r 2 x 2 y 2 nbsp 根据微积分基本定理 8的总变化等于d8的积分 因此 我们可以把可微曲线的卷绕数表示为一个曲线积分 卷绕数 1 2 p C x r 2 d y y r 2 d x displaystyle frac 1 2 pi oint C frac x r 2 dy frac y r 2 dx nbsp 复分析 编辑 在复分析中 闭曲线C的卷绕数可以表示为复数坐标z x iy 特别地 如果我们记z rei8 那么 d z e i 8 d r i r e i 8 d 8 displaystyle dz e i theta dr ire i theta d theta nbsp 因此 d z z d r r i d 8 d ln r i d 8 displaystyle frac dz z frac dr r i d theta d ln r i d theta nbsp ln r 的总变化是零 因此dz z的积分等于i乘以8的总变化 所以 卷绕数 1 2 p i C d z z displaystyle frac 1 2 pi i oint C frac dz z nbsp 更加一般地 C关于任何复数a的卷绕数由以下的公式给出 1 2 p i C d z z a displaystyle frac 1 2 pi i oint C frac dz z a nbsp 这是柯西积分公式的一个特例 卷绕数在复分析中扮演了一个十分重要的角色 例如在留数定理的表述中 回转数 编辑我们也可以考虑曲线关于它本身的卷绕数 又称为回转数 turning number 也就是曲线的切向量旋转的次数 在右面的图中 曲线的回转数是4 或 4 那个小的回路也计算在内 这只对可微且光滑的曲线才有定义 参见 回转切线定理 参见 编辑留数定理 环绕数参考文献 编辑Krantz S G The Index or Winding Number of a Curve about a Point 4 4 4 in Handbook of Complex Variables Boston MA Birkhauser pp 49 50 1999 外部链接 编辑Winding number PlanetMath 取自 https zh wikipedia org w index php title 卷绕数 amp oldid 78087866, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,