“设 $C,D$ 为非负自由整数链复形,$H n$ 表示循环模边界的链复形同调。对每个 $n\ge0$,有自然短正合列 $$ 0\to\bigoplus {p+q=n}H p(C)\otime…”
形式陈述
设
称
为
这里取的是模同态
在一般 Abel 范畴中,这个定义写成边界到循环之单态射的余核:
若
这个赋值保持恒等与复合,所以每个
直觉
在几何图像中,循环已经闭合,边界则还能够由高一维的链填充。例如三角形的三条边首尾相接,构成循环;若复形中还放入整个三角形的面,这个循环就成为该面的边界。同调将能这样填充的循环视为零。
计算时要先取核,再取商。核找出全部循环,上一边界映射的像找出其中应当视为零的部分;即使循环很多,只要它们全是边界,同调仍为零。这恰好就是该次数的正合性。
同调保留的还包括类之间的加法与标量作用。例如一个非零类可能加若干次后变为零,这种挠信息就无法单靠“洞有几个”来表达。不同剖分或分解产生的复形,可以通过链映射及其诱导的同调映射进行比较。
例子与边界
对整数
其中两个非零项位于次数
在次数
若把
再取三项复形
因为
同调对象还依赖所选范畴。上面的二项复形可以完全由自由整数模组成,但其同调
推论与应用
所有次数的同调都为零的复形称为无环复形,也就是在每处都满足正合性的复形。一个链映射若在每个次数诱导同调同构,则称为拟同构;这提供了比较两个复形所携带同调信息的方式。
短正合链复形会产生同调长正合列。将商复形中的循环提升到中间复形后,再取边界,结果来自左侧复形;它在低一次同调中的类就是连接同态的值。原循环虽然总能逐元素提升,但能否提升成循环,要由这个同调类判断。
投射分解与内射分解的增广序列原本正合。对它们施加函子后,正合性可能改变;所得高次同调或上同调,就是导出函子记录的量。例如张量积对投射分解产生的高次同调给出 Tor。
结补空间的无限循环覆盖给出带有移层作用的一阶同调模。Seifert 矩阵与 Alexander 多项式用
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。
- Peter J. Hilton and Urs Stammbach, A Course in Homological Algebra, 2nd ed., Springer, 1997,Ch. IV, §1。