形式陈述
怎样把重叠区域上的差异变成一份可以计算的粘合障碍?设 是空间 上的Abel群层公理库层与函数芽Sheaf · Presheaf · Stalk · 层 · 预层 · 茎用限制映射与唯一粘合定义层,区分函数芽和点值,证明截面与层同构可由茎检验,并从拓扑基上的数据构造整空间的层。, 是开覆盖,并给指标集选定全序。记 ,定义
空交集的因子为零。一个 次余链是在每个 重交上指定一份截面。差分为
帽号表示删去该指标。每次删去两个指标的项在 中出现两次,符号相反,所以 。这是上标递增的余链复形公理库链复形Chain complex一列 Abel 群及相邻边界同态组成、并满足连续两次边界复合为零的代数结构。。
规定 。固定覆盖的 Čech 上同调定义为
它是核除以像公理库链复形的同调Homology of a chain complex · Homology object以每次边界算子的核模去前一次边界算子的像所得的正合缺陷。的具体实例。这里保留 是必要的:一份覆盖的计算未必已捕捉整个空间的层上同调。
直觉
零次余链是各片上分别挑选的局部解; 是它们的接缝差。如果所有差都为零,层公理便把这些解粘成一个全局截面。
一次余循环 满足三重交上的
这表示三条接缝的差彼此一致,却还不保证它们能写成 。若能这样写,改变各片的局部解便能消去差;若不能,余循环的上同调类就是留下的障碍。
三重交、四重交继续记录这些相容关系之间的关系。高次群的来源是这一连串具体检验,而不是额外附在覆盖上的标签。
例子与边界
两条开弧,有两个接缝
取 及商映射 ,令
两者都是连通开弧,而 有两个连通分支。对局部常值整数层 ,分别有
因此完整的有序Čech复形只有两项:
核为对角线 ,故 。像也为对角线,所以
一个具体同构是 ;类 是生成元。它说明两个接缝的差可以同时整体平移,却无法改变彼此之差。
若误把 当成一条开弧,就会错写 ,使 满射,并错误得到 。复形中的每个因子必须由真实交集的截面决定,不能只数覆盖里有几张片。
图中将两条弧径向错开以免相互遮挡;上下缺口分别标记各弧删去的点。左右两个重叠分支各提供一个差分分量。
为什么不能任取覆盖就报出层上同调
同一圆周也有单片覆盖 。它的有序Čech复形在正次数全部为零,因而所有正次Čech群为零。这与式 (2) 没有矛盾:我们计算的是两份不同覆盖的复形。
当覆盖的每个非空有限交,包括每张片本身,对 都没有正次层上同调时,Čech比较定理才给出
两弧例的这些交都是开区间的有限不交并,整数常值层在其上无高阶上同调;这项局部消失的理由在层上同调公理库层上同调Sheaf cohomology定义全局截面的右导出群,构造足够内射层,并算出圆周变号整数层中含2阶挠元的一次上同调。的算例中说明。单片覆盖则不满足这个条件。
推论与应用
零次群无需额外假设
恰好表示各片截面在交上相等。存在且唯一的粘合给出
对任意覆盖成立。这里真正用到了层的粘合公理;任意预层未必具有这一性质。
从局部提升得到一余循环
给定层短正合列公理库层的正合列Exact sequence of sheaves · Stalkwise exactness区分层的局部满射与截面满射,用圆周一形式的两个接缝差解释逐茎正合及全局提升障碍。
和 ,选足够细的覆盖,使每个 有提升 。差 属于 ,且式 (1) 给 。
如果换成 ,差变成 ,因此类不变。这个类为零时,存在 使 ;于是 相容,粘成 的全局提升。反过来,一个全局提升限制到各片,立即证明该类为零。这给出“一次障碍为零”的完整含义。
细化覆盖在做什么
若 ,把 上的余链限制到相应 的交,得到细化映射;指标顺序变化用交替符号处理,重复指标置零。不同选择 给出的映射在上同调上相同,可用在两种指标选择之间逐个替换的棱柱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。验证。
因而还可对所有覆盖细化取余极限公理库极限与余极限Limit and colimit用锥的终对象或余锥的始对象统一积、等化子、拉回及其对偶。,定义 。这与固定覆盖的群是两个层次。实际计算通常更直接:先找一份满足无上同调交集条件的覆盖,再用有限的差分式完成运算。
自检时,应能从式 (2) 写出 ,并给出差为余边界的证书:。
参考资料