En el plano ( $n=2$ ) la afirmación es verdadera, es el teorema de Jordan-Schoenflies. El contenido completo del teorema es falso ya para $n=3$ debido a la esfera de cuernos de Alexander. Sin embargo, la parte que contradice es que la componente exterior no es simplemente conectada, pero la componente interior sigue siendo una bola topológica.
El llamado "truco de Alexander" es tentador, pero para empezar supone que la esfera es el límite de la bola unitaria... El intento de adaptar la prueba de forma ingenua falla para los casos no convexos.
Así que - mi pregunta es la siguiente: Dejemos que $M$ ser un $n-1$ sub-manifiesto dimensional de $\mathbb{R}^n$ que es homeomorfo a $S^{n-1}$ . Por el teorema de separación de Jordan-Brouwer, $M$ separa $\mathbb{R}^n$ a dos componentes conectados. ¿Es la componente interior (acotada) una componente topológica $n$ -disco, es decir, homeomorfo a $D^n$ con $M$ como su límite?
(Si ayuda - se puede suponer la suavidad)
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No tengo ninguna referencia, pero creo haber oído que este resultado es cierto.
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Para $n\ge 3$ puedes hacer una esfera salvaje en ambos lados. Pero si supones que la esfera es mansa (por ejemplo, lisa) entonces la respuesta es positiva en todas las dimensiones.
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Muchas gracias. @Moishe Cohen, ¿es este un resultado topológico elemental? He buscado bastante y no ha aparecido, aunque sí algunos temas estrechamente relacionados... ¿podrías dar alguna pista?
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No puedo ofrecer mucha información al respecto, pero por si sirve de ayuda, parece haber un análogo discreto a esta cuestión, a saber, si toda esfera simplicial surge o no como límite de un politopo convexo. Esto es falso en dimensiones altas: es.wikipedia.org/wiki/Esfera_simplificada Espero que esto ayude o que al menos sea una tangente interesante.
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@DMiz: La existencia de esferas salvajes en ambos lados es elemental, el caso manso es un teorema de Schoenflis de mayor dimensión que es muy duro, es acorolario del teorema del h-cobordismo. El caso n=4 es un corolario del trabajo de Mike Freedman. En la categoría lisa n=4 es un famoso problema abierto; la persona que lo resuelva obtendrá un puesto de trabajo en un lugar de su elección.
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@Moishe Cohen Muchas gracias, esto ha sido muy útil.