“对一个结或链环图,Reidemeister 变换是在一个不含其他弧的小圆盘内作以下替换,圆盘外的图保持不动:”
形式陈述
一个结是光滑嵌入
两个结或链环等价,是指存在从恒等映射开始的环境同痕
结图是一般位置的平面投影,加上每个二重点的过、欠信息:通常画连续线表示上方弧,在下方弧处留小缺口。一般位置意味着交叉横截、没有三重点,且交叉只有有限多个。投影曲线的交叉点不是三维结自身的自交点。
直觉
结不是一张平面上的交叉图,而是一根首尾接好的空间绳圈的缠绕方式。图把高度压掉,再以缺口把局部高度次序补回来。同一个结可以画出许多交叉数不同的图;在空处加一个小扭圈就会多出一个交叉,却没有改变结型。
“圆的像”本身只说明它内在像圆。所有结作为一维流形都与
例子与边界
一个确实没有自交的三叶结参数化
取
它位于一个绕
验证嵌入不能只靠图看起来没断。因为
由于
若投影到
分支数与交叉数回答不同问题
两个互相远离的圆构成二分支平凡链环;Hopf 链环也是两个分支,但两圈互相套住。三叶结只有一个分支,即使图中用了三种弧颜色,也不会因此成为三分支链环。分支数由连续追踪绳圈决定,不是由颜色、交叉或平面区域数决定。
一个交叉处交换过、欠信息称为 crossing change。它通常改变结型,不能视为允许的环境同痕。三叶结的标准三交叉图改变一个交叉后可以解成平凡结;要证明改变前不是平凡结,则需要三色染色、补空间群或多项式等不变量,而不只是诉诸视觉印象。
推论与应用
Reidemeister 定理把环境同痕转成三类局部图变换,为图上计算提供验证标准。Wirtinger 呈示从过、欠关系读出补空间基本群,Fox 染色则把部分关系压成有限同余方程。
一个结不变量是对环境同痕等价的图取相同值的规则。两个值不同,就能推出结不等价;值相同通常只表示这个规则没有区分它们。后面的 Alexander 与 Jones 多项式都必须按这个单向逻辑使用。
参考资料
- José Pedro Quintanilha,Knot Theory, Lecture 1: Introduction,Heidelberg 2025,结、链环、同痕与图。
- W. B. R. Lickorish,An Introduction to Knot Theory,Ch. 1 “A Beginning for Knot Theory”,pp. 1–14。