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The Lumenary
विस्मय पथवैकल्पिक · कभी अंक नहीं दिए जातेयहाँ से शुरू होता है Complex numbers

Loops around a hole

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प्रश्न

Walk around a tree and come back to where you started. How many times did you go around it? Can you change that number by wandering differently — without ever walking through the tree?

आगे पढ़ने से पहले प्रयोग करके देखें। खोजबीन का कोई गलत तरीका नहीं है।

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प्रयोग

एक छेद के चारों ओर घूमना

एक बंद लूप के साथ चलिए और गिनिए कि वह हर छेद के चारों ओर कितनी बार घूमता है: वामावर्त चक्कर घटा दक्षिणावर्त चक्कर।

p₁

छेद को हिलाने के लिए उसे खींचिए। बिंदु को लूप पर घुमाने के लिए चलाएँ दबाइए, या स्लाइडर का उपयोग कीजिए। छोटा वर्ग शुरुआत दिखाता है।

p₁ के चारों ओर घुमाव संख्या1

(1/2πi)∮ dz/(z − p₁) ≈ 1.000 + 0.000i

हर टूटे तीर ने अब तक कितने चक्कर लगाए:

p₁: 0.00

घुमाव संख्या, छेद से चलते बिंदु तक के तीर की दिशा के छोटे-छोटे बदलावों को जोड़कर और कुल को 360° से भाग देकर निकाली जाती है। वामावर्त को धनात्मक गिना जाता है।

एक छेद वाले तल में दो लूप, छेद को कभी पार किए बिना, एक-दूसरे में तभी और केवल तभी बदले जा सकते हैं जब उनकी घुमाव संख्या समान हो। टोपोलॉजी की भाषा में: छिद्रित तल का मूल समूह — वृत्त के मूल समूह की तरह — पूर्णांक हैं, π₁ = ℤ।

सम्मिश्र विश्लेषण से संबंध: तल को सम्मिश्र संख्याएँ और छेद को एक बिंदु a मानिए। तब (1/2πi)∮ dz/(z − a), a के चारों ओर की घुमाव संख्या के बराबर होता है। ऊपर के मान लूप के साथ संख्यात्मक रूप से निकाले गए हैं।

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संकेत, यदि आप चाहें

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    क्या हो रहा है

    क्या हो रहा है

    The number of times a closed path goes around a point is its winding number. If the point is aa and the path is traced by a complex number z(t)z(t), the winding number is the total change in the argument of z−az - a, divided by 2π2\pi. It is always a whole number, because the path ends where it began.

    Here is the key fact: if you deform a loop continuously without ever passing through aa, its winding number cannot jump — a whole number that changes continuously cannot change at all. So loops in the plane with a hole are sorted by their winding number, and two loops can be deformed into each other exactly when their winding numbers agree. In the language of topology, the fundamental group of the plane with one point removed is Z\mathbb Z.

    Complex analysis computes the same number with an integral:

    12πi∮dzz−a=winding number.\frac{1}{2\pi i}\oint \frac{dz}{z - a} = \text{winding number}.

    Winding numbers even give a proof sketch of the fundamental theorem of algebra. A polynomial zn+…z^n + \dots maps a very large circle to a loop that winds nn times around 00, while a tiny circle near the origin maps to a loop that winds 00 times around 00 unless p(0)=0p(0) = 0. Shrinking the circle changes the winding number from nn to 00, which can only happen if the image loop passes through 00 somewhere — that is, if the polynomial has a root. (Turning this sketch into a proof takes care; see the fundamental-group lesson.)

    With two holes the story changes: loops are no longer classified by two winding numbers, because going around one hole and then the other is different from the reverse order. The fundamental group becomes non-commutative.

    संगणना द्वारा परखा गयाAI द्वारा तैयार मसौदा · मानवीय समीक्षा की प्रतीक्षा में
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    यह कहाँ ले जाता है