形式陈述
给定群 和整数 ,Eilenberg–Mac Lane 空间 是一个道路连通空间,其正阶同伦群满足
通常要求它具有CW 复形公理库CW 复形CW complex · Cell complex通过按维粘贴开胞腔逐层构造,并满足闭包有限性与弱拓扑条件的空间。同伦型。因为高阶同伦群公理库高阶同伦群Higher homotopy group · Homotopy group以基点保持映射从高维球面探测空间,并按基点同伦组成群的不变量。在 必为阿贝尔群,所以当 时 必须交换;只有 允许一般非阿贝尔群。给定允许的 ,这类空间存在,并在 CW 同伦类型意义下唯一,而不是存在一个唯一的点集拓扑模型。
对阿贝尔群 , 携带一个通用上同调类
使 CW 型带基点空间 上的约化上同调类由基点同伦类 表示。 还是相邻 Postnikov 层之间的标准纤维;它把“只保留一阶同伦数据”实现为一个空间,而非一张抽象群表。
直觉
普通空间往往在许多维数同时有同伦群,彼此还通过作用和高阶运算耦合。 像一个只亮一层的校准器:所有维数都熄灭,只在第 层留下 。把映射送进这个校准器,便能隔离某一维上同调;把它作为纤维逐层粘合,又能重建一般空间的 Postnikov 塔。
唯一性只到同伦。可以用无限胞腔、分类空间、单纯阿贝尔群的几何实现等不同方法构造 ,所得空间未必同胚,却具有相同 CW 同伦型。恰是这种模型独立性,使它适合代表函子。
例子与边界
是 :,万有覆叠 可缩,所以所有更高同伦群为零。无限实射影空间 的万有覆叠 可缩,故它是 。
更高维的经典模型是
Hopf 主丛的无限维版本给出纤维化
其中 可缩。长正合列于是给出
同时 、,通用类 后来分类复线丛的第一 Chern 类。
不是每个群都能放在任意高度。若 ,则 合法,而 不存在,因为 必交换。球面 在 时也不是 :虽然 ,但例如 仍非零。只核对目标维数而忽略其余维数,会错把许多空间认作 Eilenberg–Mac Lane 空间。
推论与应用
对离散群 , 是群的分类空间,覆叠和主 -丛可转成到它的映射;()表示普通上同调,并把自然上同调运算转成表示空间上的通用类。其环路空间满足
这与同伦群降一维完全一致;相应悬挂关系只通过伴随表达,不能反向宣称 总与 等价。
在 Postnikov 分解中,第 层纤维是 ,而粘合方式由下一维上同调类控制。不同 -不变量即便拥有相同的各阶同伦群,也能产生不同同伦型,说明一串群本身仍不是空间的完整编码。
有限乘积也可直接核验模型的代数行为:
因为乘积的各阶同伦群逐项等于两因子的乘积,除第 维外全部为零。对 的阿贝尔群,有限乘积与直和相同。这个公式只刻画有限乘积;无穷乘积还要核对拓扑、CW 型和同伦群与极限交换的条件。
参考资料
- Allen Hatcher, Algebraic Topology, Cambridge University Press, 2002, §§4.2–4.3, Proposition 4.30 and Theorem 4.57.
- Samuel Eilenberg and Saunders Mac Lane, “Relations between Homology and Homotopy Groups of Spaces,” Annals of Mathematics 46(3), 1945, pp. 480–509.
- J. Peter May, A Concise Course in Algebraic Topology, University of Chicago Press, 1999, Chapter 16, §5, and Chapter 22, §§1–2.