Изоморфизм
 
|
| Пример двух изоморфных графов. Изоморфизм ставит в соответствие вершинам одного графа вершины другого графа того же цвета: две вершины соединены ребром в одном графе тогда и только тогда, когда вершины тех же цветов соединены ребром в другом графе. |
Изоморфи́зм (от др.-греч. ἴσος — «равный, одинаковый, подобный» и μορφή — «форма») — это очень общее понятие, которое определяется по-разному в различных разделах математики. Изоморфизм определяется для множеств, наделённых некоторой структурой (например, для групп, колец, линейных пространств и т. п.). В общих чертах его можно описать так: обратимое отображение (биекция) между двумя множествами, наделёнными структурой, называется изоморфизмом, если оно сохраняет эту структуру. Если между такими структурами существует изоморфизм, то они называются изоморфными. Изоморфизм всегда задаёт отношение эквивалентности на классе таких структур.
Так, например, два графа называются изоморфными, если между ними существует изоморфизм: то есть вершинам одного графа можно сопоставить вершины другого графа, так чтобы соединённым вершинам первого графа соответствовали соединённые вершины второго графа и наоборот. Иными словами два графа изоморфны, если они «одинаковы» (с точностью до переименования вершин).
В общем случае, объекты, между которыми существует изоморфизм, являются «одинаково устроенными» в смысле этой структуры.
Другим классическим примером изоморфных систем могут служить множество <math>\mathbb R</math> всех вещественных чисел с определённой на нём операцией сложения и множество <math>\mathbb R_+</math> положительных вещественных чисел с заданной на нём операцией умножения. Отображение <math>x\mapsto \exp(x)</math> в этом случае является изоморфизмом.
Содержание
Общая алгебра
В общей алгебре изоморфизмом называется обратимое отображение, которое является гомоморфизмом. Ниже приводятся несколько примеров.
Группы
Пусть <math>G</math> и <math>H</math> — две группы. Биекция <math>f:G\to H</math> называется изоморфизмом, если для любых <math>a,\;b\in G</math>
- <math>f(a) f(b)=f(ab)</math>.
Если группа является топологической, добавляется условие гомеоморфности соответствующих топологических пространств.[1]
Поля
Пусть <math>F_1</math> и <math>F_2</math> — поля. Биекция <math>f:F_1\to F_2</math> называется изоморфизмом, если для любых <math>a,b\in F_1</math> выполняется
- <math>f(a) + f(b)=f(a + b)</math>,
- <math>f(a) \cdot f(b)= f(a\cdot b)</math>.
Теория множеств
В теории множеств любая биекция является изоморфизмом.
Изоморфизм в теории категорий
В теории категорий изоморфизм есть обратимый морфизм, то есть морфизм <math>\varphi</math>, для которого существует такой морфизм <math>\varphi^{-1}</math>, что композиции <math>\varphi^{-1}\circ\varphi</math> и <math>\varphi\circ\varphi^{-1}</math> — тождественные морфизмы.
Теория операторов/Функциональный анализ
Ограниченный линейный оператор <math>T</math> между нормированными пространствами называется изоморфизмом, если существует положительное вещественное число <math>c</math> такое, что <math>\lVert Tx\rVert\geqslant c\lVert x\rVert</math> для всех векторов <math>x</math>. Любой изоморфизм является взаимно-однозначным. Легко видеть, что <math>T</math> является изоморфизмом тогда и только тогда, когда <math>T</math> обратим на своем образе, и обратный оператор ограничен. Говорят, что два нормированных пространства являются изоморфными, если найдется сюръективный изоморфизм из одного из них на другое.
Теория графов
Граф <math>G</math> называется изоморфным графу <math>H</math>, если существует биекция <math>f</math> из множества вершин графа <math>G</math> в множество вершин графа <math>H</math>, обладающая следующим свойством: если в графе <math>G</math> есть ребро из вершины <math>A</math> в вершину <math>B</math>, то в графе <math>H</math> должно быть ребро из вершины <math>f(A)</math> в вершину <math>f(B)</math> и наоборот — если в графе <math>H</math> есть ребро из вершины <math>A</math> в вершину <math>B</math>, то в графе <math>G</math> должно быть ребро из вершины <math>f^{-1}(A)</math> в вершину <math>f^{-1}(B)</math>. В случае ориентированного графа эта биекция также должна сохранять ориентацию ребра. В случае взвешенного графа биекция также должна сохранять вес ребра.
В теории вычислительной сложности до сих пор является открытым вопрос о сложности задачи изоморфности графов. На данный момент не доказана ни её принадлежность классу <math>P</math>, ни её <math>NP</math>-полнота.
Связанные определения
Изоморфизм алгебраической системы на себя называется автоморфизмом.
История
Понятие изоморфизма возникло в математике применительно к группам и было естественным образом распространено на более широкий класс математических структур.
Вариации и обобщения
- Некоторая общая теория, уточняющая понятия изоморфизма (и других близких понятий) была предложена группой Бурбаки в их книге «Теория множеств» (Глава 4. Структуры).
См. также
Напишите отзыв о статье "Изоморфизм"
Примечания
- ↑ Л. С. Понтрягин Непрерывные группы стр. 392
Литература
- Ван дер Варден Б. Л. [djvu.504.com1.ru:8019/WWW/b01c5ac1998137ac2817256edc019df9.djvu Алгебра.] СПб.: Лань, 2004, 624 стр., ISBN 5-8114-0552-9.
- Понтрягин, Лев Семёнович. Непрерывные группы. — М.: УРСС, — 2004. — 520с. — ISBN 5-354-00957-X.
Ссылки
- Земятченский П. А. Изоморфизм // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
Отрывок, характеризующий Изоморфизм
– А заметили вы, – сказал Пьер, – что сказало: «для совещания».– Ну уж там для чего бы ни было…
В это время Петя, на которого никто не обращал внимания, подошел к отцу и, весь красный, ломающимся, то грубым, то тонким голосом, сказал:
– Ну теперь, папенька, я решительно скажу – и маменька тоже, как хотите, – я решительно скажу, что вы пустите меня в военную службу, потому что я не могу… вот и всё…
Графиня с ужасом подняла глаза к небу, всплеснула руками и сердито обратилась к мужу.
– Вот и договорился! – сказала она.
Но граф в ту же минуту оправился от волнения.
– Ну, ну, – сказал он. – Вот воин еще! Глупости то оставь: учиться надо.
– Это не глупости, папенька. Оболенский Федя моложе меня и тоже идет, а главное, все равно я не могу ничему учиться теперь, когда… – Петя остановился, покраснел до поту и проговорил таки: – когда отечество в опасности.
– Полно, полно, глупости…
– Да ведь вы сами сказали, что всем пожертвуем.
– Петя, я тебе говорю, замолчи, – крикнул граф, оглядываясь на жену, которая, побледнев, смотрела остановившимися глазами на меньшого сына.
– А я вам говорю. Вот и Петр Кириллович скажет…
– Я тебе говорю – вздор, еще молоко не обсохло, а в военную службу хочет! Ну, ну, я тебе говорю, – и граф, взяв с собой бумаги, вероятно, чтобы еще раз прочесть в кабинете перед отдыхом, пошел из комнаты.
– Петр Кириллович, что ж, пойдем покурить…
Пьер находился в смущении и нерешительности. Непривычно блестящие и оживленные глаза Наташи беспрестанно, больше чем ласково обращавшиеся на него, привели его в это состояние.
– Нет, я, кажется, домой поеду…
– Как домой, да вы вечер у нас хотели… И то редко стали бывать. А эта моя… – сказал добродушно граф, указывая на Наташу, – только при вас и весела…
– Да, я забыл… Мне непременно надо домой… Дела… – поспешно сказал Пьер.
– Ну так до свидания, – сказал граф, совсем уходя из комнаты.
– Отчего вы уезжаете? Отчего вы расстроены? Отчего?.. – спросила Пьера Наташа, вызывающе глядя ему в глаза.
«Оттого, что я тебя люблю! – хотел он сказать, но он не сказал этого, до слез покраснел и опустил глаза.
– Оттого, что мне лучше реже бывать у вас… Оттого… нет, просто у меня дела.
– Отчего? нет, скажите, – решительно начала было Наташа и вдруг замолчала. Они оба испуганно и смущенно смотрели друг на друга. Он попытался усмехнуться, но не мог: улыбка его выразила страдание, и он молча поцеловал ее руку и вышел.
Пьер решил сам с собою не бывать больше у Ростовых.
Петя, после полученного им решительного отказа, ушел в свою комнату и там, запершись от всех, горько плакал. Все сделали, как будто ничего не заметили, когда он к чаю пришел молчаливый и мрачный, с заплаканными глазами.
На другой день приехал государь. Несколько человек дворовых Ростовых отпросились пойти поглядеть царя. В это утро Петя долго одевался, причесывался и устроивал воротнички так, как у больших. Он хмурился перед зеркалом, делал жесты, пожимал плечами и, наконец, никому не сказавши, надел фуражку и вышел из дома с заднего крыльца, стараясь не быть замеченным. Петя решился идти прямо к тому месту, где был государь, и прямо объяснить какому нибудь камергеру (Пете казалось, что государя всегда окружают камергеры), что он, граф Ростов, несмотря на свою молодость, желает служить отечеству, что молодость не может быть препятствием для преданности и что он готов… Петя, в то время как он собирался, приготовил много прекрасных слов, которые он скажет камергеру.
Петя рассчитывал на успех своего представления государю именно потому, что он ребенок (Петя думал даже, как все удивятся его молодости), а вместе с тем в устройстве своих воротничков, в прическе и в степенной медлительной походке он хотел представить из себя старого человека. Но чем дальше он шел, чем больше он развлекался все прибывающим и прибывающим у Кремля народом, тем больше он забывал соблюдение степенности и медлительности, свойственных взрослым людям. Подходя к Кремлю, он уже стал заботиться о том, чтобы его не затолкали, и решительно, с угрожающим видом выставил по бокам локти. Но в Троицких воротах, несмотря на всю его решительность, люди, которые, вероятно, не знали, с какой патриотической целью он шел в Кремль, так прижали его к стене, что он должен был покориться и остановиться, пока в ворота с гудящим под сводами звуком проезжали экипажи. Около Пети стояла баба с лакеем, два купца и отставной солдат. Постояв несколько времени в воротах, Петя, не дождавшись того, чтобы все экипажи проехали, прежде других хотел тронуться дальше и начал решительно работать локтями; но баба, стоявшая против него, на которую он первую направил свои локти, сердито крикнула на него:
– Что, барчук, толкаешься, видишь – все стоят. Что ж лезть то!
– Так и все полезут, – сказал лакей и, тоже начав работать локтями, затискал Петю в вонючий угол ворот.
Петя отер руками пот, покрывавший его лицо, и поправил размочившиеся от пота воротнички, которые он так хорошо, как у больших, устроил дома.
Петя чувствовал, что он имеет непрезентабельный вид, и боялся, что ежели таким он представится камергерам, то его не допустят до государя. Но оправиться и перейти в другое место не было никакой возможности от тесноты. Один из проезжавших генералов был знакомый Ростовых. Петя хотел просить его помощи, но счел, что это было бы противно мужеству. Когда все экипажи проехали, толпа хлынула и вынесла и Петю на площадь, которая была вся занята народом. Не только по площади, но на откосах, на крышах, везде был народ. Только что Петя очутился на площади, он явственно услыхал наполнявшие весь Кремль звуки колоколов и радостного народного говора.
