36 votos

¿Por qué homología con coeficientes?

Actualmente estoy estudiando un poco de la teoría de la homología (en espacios topológicos). Deje $H_n(X)$ el valor del singular homología de grupos de la topológica del espacio $X$, entonces como usted sabe, se puede definir la singular homología con coeficientes en el grupo abelian $G$por $$H_n(X;G)=H_n(S_*(X)\otimes G)$$ Ahora, tengo entendido que las definiciones y cálculos, pruebas, etc., pero me gustaría entender lo siguiente:

  1. ¿Por qué esto es interesante para el estudio? No se hacen los cálculos más fácil en algún lugar (para algunos grupos $G$)? Qué nos permiten ser interesante teoremas no podemos probar que el uso de $G=\mathbb{Z}$?
  2. ¿Qué son interesantes ejemplos de uso de homología con los coeficientes?
  3. Es la teoría de la "grado modulo $2$" (tratada por ejemplo, en Milnor del libro de la Topología de la diferenciable punto de vista) en verdad solo grado de la teoría en $H_n(X;\mathbb{Z}_2)$?

23voto

notpeter Puntos 588

Usted puede encontrar la construcción de homología con el general de los coeficientes y de la universal coeficiente teorema de Hatcher Topología Algebraica, la cual está disponible de forma gratuita en su sitio web.

La respuesta a la tercera pregunta es sí.

La respuesta a la segunda parte de su primera pregunta es sí, especialmente en el caso de que se nos tome $G$ a ser un campo, más a menudo finito o $\mathbb{Q}$ o $\mathbb{R}$ en topología diferencial. Homología sobre un campo es simple, debido a que $\operatorname{Tor}$ siempre se desvanece, por lo que obtener, por ejemplo, un exacto dualidad entre homología y cohomology. Homología con $\mathbb{Z}_2$ coeficientes es también la correspondiente teoría de muchas preguntas acerca de la no-orientable colectores-su superior $\Bbb{Z}$-homología es cero, pero su superior $\Bbb{Z}_2$ de homología es $\Bbb{Z}_2$, lo que lleva a que el grado de la teoría de Milnor mencionar usted.

Cohomology más general que los coeficientes de $\mathbb{Z}$ es incluso más útil que la homología. Por ejemplo, conduce a la consecuencia de que si un colector $M$ tiene cualquier número de Betti $b_i(M)<b_i(N)$ donde $b_i$ es el rango de la parte libre de $H_i$, no hay mapa $M\to N$ de los no-cero grado. Esto tiene un montón de rápido consecuencias-por ejemplo, no hay surjection de $S^n$ sobre $n$-colector con trivial menor homología!

Pero en la final $H_*(X;G)$, más de un peldaño más que cualquier otra cosa; nos pone a pensar acerca de cuánto variedad podría ser en las teorías de la satisfacción de los axiomas de la homología. Resulta que hay casi ninguno-singular homología con coeficientes en $G$ es el único ejemplo -, pero si nos deshacemos de la dimensión "axioma" $$H_*(\star)=\left\{\begin{matrix}\mathbb{Z},*=0\\0,*>0\end{matrix}\right.$$ entonces tenemos una gran colección de "generalizada (co)homología de teorías, empezando con la K-teoría, cobordism, y estable homotopy, que son los que realmente contienen información nueva. En algunos casos, tanto la nueva información que no somos capaces de calcular!

16voto

Jonesinator Puntos 1793

En primer lugar, en el nivel de los complejos de $C_n(X;A)=C_n(X)\otimes A$, pero (en general) $H_n(X;A)\ne H_n(X)\otimes A$. Sin embargo, si usted sabe ordinario de homología puede calcular la homología con cualquier coeficientes - así que estos grupos no contienen realmente nueva información (ver "universal coeficiente teorema" para más detalles).

Principal razón para considerar la (co)homología con los no-trivial de los coeficientes, yo creo, que a veces estos grupos (y adicional de la estructura de estos grupos) son más fáciles de calcular.

Por ejemplo, cuando se compute $H_n(X;\mathbb Z/2)$ usted puede olvidarse de todos los problemas con los signos, etc (un ejemplo concreto: es muy fácil de calcular (co)homología de $SO(n)$ con coeficientes de $\mathbb Z/2$, pero muy difícil, incluso para describir la respuesta de ordinario (co)homología de grupo); al calcular la homología con coeficientes racionales, usted puede olvidarse de todo a la torsión de los fenómenos relacionados.

Algo más avanzado ejemplo: el álgebra de estable cohomological operaciones mod p (consulte "Steenrod plazas' / 'Steenrod poderes' ) es mucho más fácil de describir que el álgebra de integral cohomological operaciones. (Todo esto recuerda ligeramente a la situación en la teoría de números, donde muchos de los problemas son más fáciles de resolver mod p o quizás racionalmente que en números enteros.)

También algunas construcciones (obstrucciones, característico de las clases...) naturalmente 'en vivo' en la (co)homología con los no-trivial de los coeficientes (ver, por ejemplo, 'Stiefel–Whitney de las clases).

Por último, la (co)homología grupo con coeficientes en un campo con char 0 tienen diferentes descripción analítica ('de Rham cohomology", etc) y que (al menos en algunos casos) algunos extra structue (por ejemplo, 'Hodge estructuras" cohomology de proyectivos complejos colectores).

15voto

YequalsX Puntos 320

Probablemente ya conocen las ventajas de pensamiento de la homología como ser un functor de $X$. Al permitir que un grupo abelian $G$ como coeficientes, se convierte en un functor de dos variables, el espacio de $X$ y el grupo de $G$. Ahora usted puede aprovechar la $G$-functoriality así.

Por ejemplo, la breve secuencia exacta de los grupos $$0 \to \mathbb Z \to \mathbb Z \to \mathbb Z/p\mathbb Z \to 0$$ (la segunda flecha es mult. por $p$) da lugar a la corta exacta secuencia de cohomology grupos $$0 \H^i(X,\mathbb Z)/p H^i(X,\mathbb Z) \H^i(X,\mathbb Z/p\mathbb Z) \p\text{-torsión subgrupo de } H^{i+1}(X,\mathbb Z) \a 0.$$ (Aquí me he cambiado de homología a cohomology, ya que me parece que este último un poco más fácil que pensar, y más fácil para el estado de este tipo de resultados.)

Para el estudio de cohomology con coefficiens en $\mathbb Z/p\mathbb Z$ está estrechamente relacionados con el estudio de la torsión en cohomology con $\mathbb Z$-de los coeficientes. Si $p$ es una prima (que es el caso que me estaba imaginando, aunque la anterior es válida para cualquier entero$p$), $\mathbb Z/p\mathbb Z$ es un campo, y para que podamos investigar torsión en cohomology mediante el estudio de cohomology con coeficientes en un (finito) de campo. La investigación de este último tiene ventajas técnicas, por ejemplo, la dualidad de Poincaré si $X$ es un colector.


El pensamiento de cohomology como un functor de $G$ $X$ lleva a la idea de de gavilla cohomology (una gavilla de abelian grupos es algo así como un grupo abelian que puede variar de punto a punto sobre $X$). La posibilidad de tomar $G$ a ser un no-constante gavilla aumenta considerablemente la flexibilidad de cohomology como una herramienta.


Otro ejemplo de la utilidad de los coeficientes:

Si $E \to B$ es una fibra de un paquete con fibra de $F$, e $B$ está conectado y simplemente conexa, entonces hay una secuencia espectral (el Leray espectral de la secuencia) $$ E_2^{i,j} := H^i(B,H^j(F,G) ) \implica que H^{i+j}(E,G),$$ relacionadas con la cohomology de la base y fibra para que el espacio total.

Tenga en cuenta que incluso si tomamos $G$$\mathbb Z$, el cohomology de la base de los coeficientes en el cohomology grupos $H^j(F,\mathbb Z)$, lo que es probable que no sólo igual a $\mathbb Z$.

Si $B$ no es simplemente conexa, entonces hay una espectrales similares secuencia, pero los coeficientes son localmente constante, pero normalmente no constante, gavilla en $B$.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X