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定义Definition

链映射

施工中 · 内容逐步修订

Chain map

逐次数态射组成并与两个复形的边界算子交换的复形间映射。

形式陈述 ​

设 A 为预加性范畴,C∙=(Cn,dnC) 与 D∙=(Dn,dnD) 为其中的链复形。链映射 f∙:C∙→D∙ 是一族同次数态射 fn:Cn→Dn,满足对每个 n 都有

dnDfn=fn−1dnC.

也就是先沿源复形取边界再映射,与先映射到目标复形再取边界,得到同一态射 Cn→Dn−1。逐次恒等态射组成恒等链映射;若 f:C→D 与 g:D→E 为链映射,则 (gf)n=gnfn 仍为链映射。链复形及链映射因此组成范畴 Ch(A)。

Hom 集的加法逐次定义,故 Ch(A) 仍是预加性范畴。若 A 为加性范畴,有限双积也逐次计算;若它是 Abel 范畴,核与余核同样逐次计算。对上链复形,微分升高次数,交换条件写成 dDnfn=fn+1dCn。

直觉

在几何链复形中,可以把 f 想成搬动顶点、边和面的同一次操作。搬动一条有向边后,它的起点和终点应当正好是原起点和终点的像;搬动一个面后,其边界也应由原边界映过去。链映射的交换式把这种跨次数的相容性写成代数条件。

对于模的链复形,这个条件保证循环被送到循环、边界被送到边界。因此同一同调类的不同代表元经过映射后,仍代表同一个同调类,链级操作就能传到同调上。

例子与边界

考虑集中在次数 1,0 的两个整数链复形

C:0→Z→×2Z→0,D:0→Z→×6Z→0.

取 f1=idZ、f0=×3。唯一需要检查的方块满足

(×6)f1=×6=f0(×2),

所以 f:C→D 是链映射。两个复形的一次同调均为零,零次同调分别为 Z/2 与 Z/6;诱导映射为

[x]2⟼[3x]6.

它良定义,因为把 x 改成 x+2k 会把像改变 6k。这个商上的良定义性正是交换方块在具体计算中的作用。

若错误地取 f1=f0=id,则方块两条路径分别给出乘 6 与乘 2,不相等。虽然每一度的映射都是合法群同态,它们并不组成链映射,也不能给出 Z/2→Z/6 的“取同一代表元”映射:[0]2=[2]2,但 [0]6≠[2]6。

若一个链映射在所有次数诱导同调同构,就称为拟同构。例如将 C 映到仅在次数 0 为 Z/2 的复形,零次映射取模 2 投影,一次映射取零,就得到拟同构:两边的一次同调都为零,零次同调映射为恒等。它却没有链同伦逆,因为从 Z/2 到 C0=Z 的群同态只能为零,无法在零次同调上给出逆映射。

推论与应用

在模范畴中,若 z∈Cn 是循环,则 dDf(z)=f(dCz)=0;若 z=dCx 是边界,则 f(z)=dDf(x) 仍为边界。因此链映射诱导同调态射

Hn(f):Hn(C)→Hn(D),[z]↦[fn(z)].

这个赋值保持恒等与复合,故 Hn 是函子;在一般 Abel 范畴中,同样可用核与余核构造它。链同伦的两个映射诱导相同的同调态射。

对于两个短正合链复形列,若三个对应位置之间的链映射组成交换图,就会诱导两条同调长正合列之间的态射。连接同态的自然性表示:先沿链映射移动再连接,与先连接再移动相同。它让不同短正合列的同调计算能够相互比较。

在拓扑中,连续映射通过对奇异单形逐点复合产生链映射;在投射或内射分解中,一个模同态需要提升为分解之间的链映射。后者的提升通常不唯一,但比较定理保证不同选择链同伦,从而导出函子不依赖任意选择。

参考资料
  • Charles A. Weibel, An Introduction to Homological Algebra, Cambridge University Press, 1994,§1.1。
  • Joseph J. Rotman, An Introduction to Homological Algebra, 2nd ed., Springer, 2009,Ch. 6, §§6.1–6.2。
  • Peter J. Hilton and Urs Stammbach, A Course in Homological Algebra, 2nd ed., Springer, 1997,Ch. IV, §1。
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