고등학생을 위한 위상수학

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 06월 11일 출간

작품소개

책소개

위상수학은 도형이나 공간의 연속적 변형에 대해 불변인 성질들을 연구하는 수학 분야입니다. 고무판 위에 그린 도형을 늘이고 구부려도 변하지 않는 본질적 특성을 탐구하며, 19세기 칸토르의 집합론과 하우스도르프의 공간 이론에서 출발하여 현대 수학의 핵심 영역으로 발전했습니다. 연속성, 수렴성, 컴팩트성 같은 개념들은 단순히 추상적 이론이 아니라 물리학, 컴퓨터과학, 생명과학에서 실제로 활용되는 강력한 도구입니다. 특히 DNA 구조 분석, 뇌신경망 연구, 인공지능 알고리즘 개발에서 위상수학적 사고방식이 혁신적 해법을 제시하고 있습니다.

이 책은 고등학생도 이해할 수 있도록 위상수학의 모든 핵심 개념을 체계적으로 설명합니다. 각 장마다 추상적 이론을 일상생활 사례와 연결하여 직관적 이해를 돕고, 수학사의 중요한 인물들이 어떤 문제를 해결하기 위해 새로운 개념을 도입했는지 그 배경을 상세히 다룹니다. 복잡한 증명보다는 개념의 기하학적 의미와 실제 응용에 초점을 맞추어, 수학을 전공하지 않는 독자도 위상수학의 아름다움과 실용성을 충분히 느낄 수 있도록 구성했습니다. 25개 장에 걸쳐 기초부터 최신 연구 동향까지 균형 있게 다루어, 위상수학의 전체적 그림을 명확하게 보여줍니다.

책의 전반부에서는 위상공간, 연속함수, 컴팩트성, 연결성 같은 기본 개념들을 탄탄하게 다집니다. 중반부에서는 기본군, 호모토피, 덮개공간 이론을 통해 공간의 구조를 분석하는 방법을 배우고, 단체복합체와 호몰로지를 이용해 공간을 수치적으로 분류하는 기법을 익힙니다. 후반부에서는 다양체 이론, 벡터번들, 특성류 등 현대 기하학의 핵심 도구들을 소개하며, 호모토피군과 스펙트럼 수열 같은 고급 이론까지 다룹니다. 각 개념마다 구체적인 계산 예시와 기하학적 해석을 제공하여, 독자가 단계적으로 위상수학적 사고력을 기를 수 있도록 돕습니다.

현대 과학기술의 발전과 함께 위상수학의 응용 범위는 계속 확장되고 있습니다. GPS 시스템의 오차 보정, 의료영상 분석, 네트워크 구조 분석, 로봇의 경로 계획에서 위상수학적 원리가 활용됩니다. 특히 최근 주목받는 지속호몰로지는 빅데이터에서 숨겨진 패턴을 찾아내는 강력한 도구로 자리잡았고, 양자컴퓨팅과 위상절연체 연구에서도 위상수학이 핵심 역할을 하고 있습니다. 이 책은 이러한 현실적 응용 사례들을 풍부하게 제시하여, 위상수학이 단순히 순수 수학의 한 분야가 아니라 우리 삶과 밀접하게 연결된 실용적 학문임을 보여줍니다. 미래의 과학자와 공학자가 되고자 하는 학생들에게 위상수학적 사고의 힘을 전달하는 것이 이 책의 궁극적 목표입니다.

목차

1. 위상공간의 탄생
2. 연속성의 새로운 정의
3. 분리의 미학
4. 컴팩트성의 신비
5. 연결성과 단절성
6. 수렴과 완전성
7. 함수공간의 세계
8. 곱공간의 구조
9. 몫공간과 동일시
10. 기본군의 발견
11. 호모토피의 마법
12. 덮개공간의 비밀
13. 단체복합체의 구조
14. 호몰로지의 탄생
15. 코호몰로지의 세계
16. 다양체의 아름다움
17. 벡터번들의 이론
18. 특성류의 신비
19. 호모토피군의 세계
20. 스펙트럼 수열
21. 위상동역학 입문
22. 매듭이론의 세계
23. 대수적 위상수학
24. 미분위상수학의 발전
25. 위상수학의 미래

작가정보

저자(글) 루미너리북스 교육출판 에디팅 팀

루미너리북스 교육 출판 에디팅 팀은 전문 교육 콘텐츠 기획자와 편집자들로 구성되어, 학생들의 눈높이에 맞춘 양질의 교육 도서를 제작하는 데 전념하고 있다. 각 분야별 전문가들과의 긴밀한 협업을 통해 정확하고 이해하기 쉬운 교육 콘텐츠를 개발하며, 특히 고등학생을 위한 대학 과목 선행학습 시리즈와 같은 혁신적인 교육 도서를 기획하고 있다.