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模型Model

同调正合列

Exact sequence in homology

空间对或链复形短正合列诱导的长正合群列。

形式陈述 ​

在 Abel 群或模中,序列

⋯→An+1→fn+1An→fnAn−1→⋯

若每处满足 imfn+1=ker⁡fn,则称正合。链复形短正合列

0→C∙′→C∙→C∙″→0

自然诱导同调长正合列

⋯→Hn(C′)→Hn(C)→Hn(C″)→∂Hn−1(C′)→⋯,

其中连接同态 ∂ 由“提升代表元、取边界、再回到子复形”构造。对空间对 A⊆X,相对链复形 C∗(X,A)=C∗(X)/C∗(A) 给出

⋯→Hn(A)→Hn(X)→Hn(X,A)→∂Hn−1(A)→⋯.
直觉

正合性逐点表达“上一箭头制造出的元素,恰好是下一箭头看不见的元素”。长正合列把空间、子空间与相对对象的同调排成一条信息守恒链;连接同态把一个相对循环的边界落回子空间,说明不同维度为何会相互耦合。它不是若干群的独立列表,箭头本身携带粘合信息。

例子与边界

对 n≥1 的圆盘及其边界 (Dn,Sn−1),绝对群大多简单,长正合列给出 Hn(Dn,Sn−1)≅Z。连接同态会降低维数一,并依赖短正合列的自然结构,不是任意选取的映射。正合不表示每个短片都是分裂正合列;即使阿贝尔群列正合,也未必能把中间项写成两端直和。相对同调不是简单的集合差 X∖A 的同调,而是把 A 中链在商中视为零。

对区间及其端点对 (I,∂I),长正合列包含

0⟶H1(I,∂I)→∂H0(∂I)⟶H0(I)⟶0.

其中 H0(∂I)≅Z2→Z 把两个端点送到同一个连通分支,以 ([0],[1]) 为有序基时,其核由端点差 (−1,1) 生成。因此 H1(I,∂I)≅Z,相对一维基本类的边界正是“终点减起点”。

推论与应用

相对同调的短正合链复形,经核像关系产生长正合列;逐次数使用蛇引理的提升、取边界、回到子复形的追逐,给出跨维连接箭头。切除定理与Mayer–Vietoris 序列都依靠这套机制,把局部对与覆盖信息转成全局同调计算。

参考资料
  • Allen Hatcher, Algebraic Topology, Cambridge University Press, 2002,Ch. 2, exact sequences and relative homology。
  • Glen E. Bredon, Topology and Geometry, Springer, 1993,Ch. IV, long exact homology sequences。
关系图谱17 个相邻概念 · 3 类关系

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