形式陈述
对交换系数环公理库环Ring带加法阿贝尔群和相容乘法的代数结构。 ,杯积是在上同调上的自然双线性映射
在奇异上链上可用 Alexander–Whitney 对角近似定义:若 、,则对奇异 -单形 ,
它与余边界满足分次 Leibniz 公式,故下降到上同调。上同调杯积有单位、结合,并在上同调层面分次交换:
直觉
上同调群只记录每个维度有多少类,杯积还记录不同类怎样相互作用。链对角近似把一个单形分成前后两部分,让一个 -上链与一个 -上链组合成 -上链;在上同调层面,依赖的链级选择消失。乘法通常只分次交换,即交换两个齐次类会出现 符号。
例子与边界
环面 有两个一维生成元 ,其杯积 生成 。空间 与环面具有相同的整数同调群,但前者任意两个正次数上同调类的杯积都为零,因此杯积能区分加法同调完全相同的空间。分次交换通常只在上同调类上成立,所选奇异上链模型的杯积在链层面不必严格交换。若 为奇数,则 ;当 在系数环中可逆时立即推出 ,而整数系数下平方仍可能是非零的 -挠元。
在 上,令 分别由两个投影拉回球面的生成元。因为单个 没有四维上同调,;但
生成 。加法群只记录有两个二维生成元,杯积进一步记录它们如何共同产生顶维基本类。
推论与应用
上同调公理库上同调Cohomology对链复形取到系数群的同态形成上链复形,再取上同调得到反变不变量。通过杯积成为分次环,符号规律来自外代数公理库外代数Exterior algebra把张量代数按 v⊗v=0 的关系取商所得的分次代数。式交换。同伦等价公理库同伦等价Homotopy equivalence存在互为同伦逆的连续映射时,两个空间具有相同的同伦类型。保持该环结构,因此它比 Betti 数更强;在流形中,杯积与 Poincaré 对偶配对,特征类和交叉理论也以这种乘法为语言。
参考资料
- Allen Hatcher, Algebraic Topology, Cambridge University Press, 2002,Ch. 3, cup product and cohomology rings。
- Glen E. Bredon, Topology and Geometry, Springer, 1993,Ch. VI, products in cohomology。