29 votos

Motivar Cohomology

Pregunta: ¿hay formas intuitivas de introducir cohomology? Imagina que estás hablando con un estudiante de la escuela secundaria; ¿cómo podríamos utilizar imágenes y fácil (incluso trivial!) ejemplos para ilustrar cohomology?

Por qué no me importa: Para un número de matemáticas de los niños sé, haciendo topología algebraica está bien hasta que llegamos a la homología, y luego empieza a ponerse un poco confusa: ¿qué significa todo esto quotienting a cabo el trabajo, ¿por qué hacemos espacios desde otros espacios, ¿cómo podemos definir la fijación de los mapas, etc, etc. Trato de ayudar a mis compañeros ¿homológica cálculos a través de una secuencia de fácil ejemplos (muy similares a los que Hatcher comienza con: tomando un círculo y mostrando cómo "llenado" con un disco hará que el "agujero" que desaparecen --- ) y, a continuación, empezar a hablar acerca de qué tipos de axiomas sería bueno tener en una teoría como esta. He intentado empezar el estudio del co-homología a través "De un Cálculo de Cohomology" y Hatcher texto, pero no puedo ver la "foto" o imaginar fácil ejemplos de cohomology para empezar.

17voto

Omar Kooheji Puntos 384

Si se opera en un subconjunto $U$ de espacio Euclidiano $\mathbb{R}^n$, luego de Rham cohomology se cae de intentar resolver algunas ecuaciones diferenciales.

La partida observación es que una localmente constante funcionamiento constante de los componentes conectados, por lo que la dimensión del espacio vectorial de localmente constante suave funciones es el número de componentes conectados. Este espacio es el 0 de de Rham cohomology grupo.

El siguiente paso, como es la clave en una gran cantidad de la topología, es para empezar a tirar de rutas por todo el lugar: sustituir el espacio $U$ con las rutas de acceso en su interior (no se requiere para ser bucles en este caso). Así pues, consideramos una 1-forma $\omega$ como una función de $P_{\omega}$ sobre las rutas de acceso a través de la integración del mapa de la cual se envía una ruta de acceso a la integral de la 1-forma $\omega$ a lo largo de ella. Y de nuevo tenemos que buscar esas funciones $P_{\omega}$, que es localmente constante, lo que significa que permanecen sin cambios en las pequeñas deformaciones de la ruta dejando los extremos fijos. Sabemos que si $\omega = df$ $f$ una función suave, a continuación, $P_{\omega}$ satisface esta propiedad trivialmente porque envía un camino a la diferencia de los valores de $f$ evaluados en la ruta de los extremos. Se consideran dos localmente constante ruta de las funciones de $P_{\omega_1}, P_{\omega_2}$ de la misma si su diferencia es $df$ para algunos liso función de $f$. Este espacio es el primero de Rham cohomology grupo.

Y así sucesivamente. Para el $k$th grupo, consideramos localmente constante $k$-dimensiones integrales modulo trivialmente constante. La definición precisa es que $H^k(U)$ es el espacio cerrado de $k$-formas modulo exacto $k$-formas, donde la forma es cerrado si su exterior derivada es cero y es exacto si es en el exterior, derivados de una $(k-1)$-forma. Por ejemplo, la afirmación de que en un espacio de $U$ cada forma cerrada es exacto ahora se convierte en la afirmación de que todos los mayores cohomology grupos son triviales.

Finalmente esta frase en el lenguaje estándar de álgebra homológica, se puede definir de Rham cohomology como el cohomology de la cadena compleja $(\Omega^k(U), d)$ donde $\Omega^k(U)$ es el conjunto de $k$formularios en $U$ $d$ es el exterior de derivados.

Parece que esto podría ser explicado para alguien que ha estudiado cálculo multivariable. Tiene la ventaja de que la computación algunos ejemplos básicos de cohomology grupos requiere que uno piensa que sólo algunos cálculos, nada difícil de visualizar.

9voto

Paul VanKoughnett Puntos 3197

Para simplicial/celular cohomology, una manera de verlo es pensar en términos de dos estructuras celulares: si $a_1,a_2,\dotsc$ su $k$-simplices o $k$de células, que luego generan el $k$th de la cadena de grupo, y el $k$th cochain grupo es generado por sus duales $\alpha_1,\alpha_2,\dotsc$ donde $\alpha_i(a_j)=\delta_{ij}$. Usted puede, a continuación, dibuje una doble estructura de la célula que tiene un $n-k$-celda para cada $k$-célula en su espacio original, con cada celda representa un cochain, y con que cochain el envío de las cadenas que se cruza a $1$ y el resto a $0$ (y se extiende linealmente). Así que si tu espacio es una superficie, de poner un vértice en el interior de cada cara, dibujar un borde entre dos de los vértices si hay un borde entre las caras correspondientes, y agregue una cara entre un conjunto de aristas si el doble los bordes de todos se cruzan en un vértice.

A continuación, la homología de la nueva estructura de la célula es el cohomology de la estructura original. Con un campo de coeficientes en un colector, al menos. Pero sí que permite visualizar, por ejemplo, la coboundary mapa: en el caso de nuestra superficie, envía a$C^1$$C^2$, pero $C^2$ "ve 0-dimensional", y así el coboundary mapa "se parece a un mapa de los límites", que es algo que sus estudiantes están esperemos familiarizado con.

También, si lo haces con poliedros Platónicos, consigue otros poliedros Platónicos. Un cubo se convierte en un octaedro, etc. Por supuesto, todos ellos tienen el mismo (co)homología, pero tienen diferentes (co)de la cadena de grupos, de manera que estamos en niza ejemplos triviales, y más interesante que una arbitraria de la esfera.

Hatcher pasa esta muy brevemente en el comienzo de su capítulo sobre el cohomology. También da una cosa que usted puede hacer con $\mathbb{Z}$ coeficientes similar, aunque en este caso, puede ejecutar en torsión, así que no sé si es un buen ejemplo.

La otra cosa que puedes hacer es tomar el sin sentido algebraico de la tachuela. Nos gusta cohomology porque a veces queremos que los mapas van en la dirección equivocada. Por ejemplo, su estructura de anillo es más fácil trabajar con más de homología del coalgebra estructura (si sus hijos están familiarizados con homología, en este punto que se les muestra el coalgebra estructura inducida por la diagonal de la pantalla y cómo es una perra para trabajar). Y obtener tanta información de forma gratuita sólo por saber que ciertos mapas de anillo homomorphisms en lugar de gradual abelian grupo homomorphisms. No puedo pensar en un buen ejemplo de la parte superior de mi cabeza, pero sé que hay uno.

Oh, me enseñaron de Rham cohomology antes de que supiera lo que homología maneras. Creo que es bastante fácil de entender. Esa es otra opción.

6voto

GNUix Puntos 305

Esto pretende ser un comentario más abajo Zach Conn la respuesta, pero por alguna razón me parece que no tiene la opción de comentar.

Esta es realmente la misma respuesta -- en definitiva, las integrales pueden ser vistos como cohomology clases, pero sólo para dar un ejemplo concreto:

Considere la posibilidad de $\int_C \frac{dz}{z}$ donde $C$ es una curva cerrada en el plano complejo que echa de menos el origen. Si usted piensa de $C$ como variable, entonces el valor de la integral depende sólo de la homología de la clase de $C$ en el perforado de avión. (Si $C$ es $n$ veces superior a la normal de homología generador, entonces la integral es $2\pi i n$.)

En otras palabras $\int_{\cdot} \frac{dz}{z}$ es un funcional lineal sobre la homología, es decir, un cohomology de la clase. Cual es mi punto: es a menudo el caso de que "cohomology" es igual a "funcionales en la homología" (aunque no siempre, por ejemplo, en la presencia de torsión). Así que si uno entiende la homología, entonces este puede ser un punto de partida.

5voto

Dima Puntos 355

Es una agradable y, en mi opinión, la manera más natural para motivar a los cohomology - geométrico que uno, en lugar de una analítica. Por favor, lea cuidadosamente las siguientes preguntas y respuestas en matemáticas.stackexchange:

Intuitiva Enfoque de Rham Cohomology

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