形式陈述
设 为加性范畴。链复形的同伦范畴记作 :其对象与链复形范畴 相同,而态射集定义为
即链映射按链同伦公理库链同伦Chain homotopy用升高一次数的态射族见证两个链映射之差沿边界方向可消去的关系。取等价类。链映射 的类记作 。
复合由代表元给出:
它良定义,因为链同伦与前、后复合相容;若 、,则 。恒等态射是 。逐次相加也与同伦相容,所以
仍是 Abel 群, 是加性范畴。
链映射 在 中为同构,当且仅当存在 使
也就是 是链同伦等价。这里取商的是“态射之间的同伦”,不是把同伦等价的对象直接合并成同一个对象;同伦等价对象只是在新范畴中同构。
直觉
记住链级别的全部选择,而 把只差一个 的映射视为同一箭头。这样做恰好丢弃同调看不见的映射差异,又保留足够多的链级信息来讨论锥、移位和分解比较。
取同伦类不是“只看同调群”。两个链映射若同伦,必诱导相同同调映射;反过来,诱导同一同调映射的链映射未必同伦。 位于原始链复形范畴与只剩同调数据之间,仍能辨认某些同调无法检测的扩张信息。
例子与边界
令
上一条目的收缩同伦给出 ,所以在 中
任何对象若恒等态射等于零态射,就是零对象;因此可缩复形 在同伦范畴中同构于零复形。具体地, 与 的复合在零对象一侧严格为恒等,在 一侧则只需同伦于恒等。
再看由非分裂短正合列组成的无同调复形
它的同调全为零,却不在 中同构于零,因为那将等价于可缩并迫使短正合列分裂。这说明同伦范畴没有把所有拟同构都变成同构;无同调对象仍可能非零。
另一个常见误解是把 当成逐次相等。等号只存在于商后的 Hom 群中,表示某个同伦 见证 。若后续构造需要具体链映射,例如定义逐次核,就必须重新选择代表元,不能只拿同伦类逐次计算。
推论与应用
同调函子在链同伦下不变,所以唯一地经 因子化:
投射分解之间的比较映射在链级可能不唯一,但在同伦范畴中唯一;这把“任意选择”压缩为一个确定态射。内射分解同理。
还是导出范畴的起点:后者进一步把拟同构形式地变成同构。两步商除解决不同问题——先除去显式链同伦,再消去所有无同调锥。把二者混同,会错误地断言每个无同调复形都可缩。
参考资料
- Charles A. Weibel, An Introduction to Homological Algebra, Cambridge University Press, 1994,§§1.4–1.5 and Ch. 10, §10.1。
- Joseph J. Rotman, An Introduction to Homological Algebra, 2nd ed., Springer, 2009,Ch. 6, §§6.2–6.3。
- Sergei I. Gelfand and Yuri I. Manin, Methods of Homological Algebra, 2nd ed., Springer, 2003,Ch. III, §1。