Просеминар по геометрии и топологии

Целью просеминара является введение в современную геометрию и топологию. Планируется обсуждение небольших ярких сюжетов, каждый из которых будет доступен для начинающих. В частности, мы планируем обсудить следующие сюжеты: полиномиальные инварианты узлов и зацеплений, основная теорема алгебры и теорема Абеля о неразрешимости в радикалах уравений пятой и выше степени, теорема Понселе, классификация правильных многогранников в R^n. Участникам семинара будет предложено большое количество задач различного уровня сложности.

Мы продемонстрируем, как топология иногда помогает решить задачу, которая, на первый взгляд, никак с топологией не связана. Например, обучаясь в школе, многие слышали, что для решения уравнений третьей и четвертой степени существуют формулы Кардано, а для уравнений степени 5 и выше подобных формул не бывает. Оказывается, невозможность выразить решение общего уравнения пятой и выше степени через коэффициенты соответствующего многочлена формулой, содержащей радикалы и арифметические операции, является следствием некоторого топологического факта. Более того, основная теорема алгебры о существовании корней у произвольного многочлена над полем комплексных чисел тоже имеет топологическую природу.

С другой стороны, иногда случается, что довольно простые комбинаторные соображения позволяют решать геометрические и топологические задачи. Например, совершенно элементарные соображения (вполне доступные старшекласснику) позволяют построить довольно мощные инварианты узлов и зацеплений. Узел -- это веревка в трехмерном пространстве, у которой связаны концы. Такая веревка может быть заузленной или незаузленной. Если посмотреть на тень от этой веревки, то мы получим плоскую кривую с самопересечениями. Если в каждом из самопересечений дополнительно указать, какая дуга проходит сверху, а какая - снизу, то мы получим диаграмму узла. Возникает довольно естественный вопрос: можно ли предложить процедуру, позволяющую по диаграммам двух узлов выяснить, одинаковы ли они? Общего ответа на этот вопрос до сих пор нет, однако построение инвариантов узлов позволяет давать на него частичные ответы. Если значение некоторого инварианта на двух диаграммах различно, значит и узлы различны. А некоторые комбинаторные соображения позволяют достаточно просто строить подобные инварианты.