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Isomorfismo en cohomología es un isomorfismo en homología

Deje $f:X \to Y$ ser un mapa continuo entre espacios topológicos y $R$ algunos de los coeficientes. A partir de la universal coeficiente teorema de homología nosotros inmediatamente recibes, si $H_*(f,\mathbb{Z})$ es un isomorfismo, entonces también lo es $H^*(f,\mathbb{Z})$$H^*(f,R)$.

Ahora para mí, esto implica tres preguntas:

1) Si $H_*(f,R)$ es un isomorfismo, es $H^*(f,R)$ uno también?

2) Si $H^*(f,\mathbb{Z})$ es un isomorfismo, es $H_*(f,R)$ uno también?

3) Si $H^*(f,R)$ es un isomorfismo, es $H_*(f,R)$ uno también?

Obviamente, 3) implica 2) mediante el establecimiento $R=\mathbb{Z}$ y el uso de la universal coeficiente teorema de homología.

Siéntase libre de agregar algunos requisitos previos a$X,Y$$R$.

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Esta es una gran pregunta! Sé que no hay referencias de los hechos siguientes y estoy bastante seguro de que uno puede hacer declaraciones más generales, pero estos son los que he visto en la práctica.

1) Sí, al menos cuando se $R$ es un anillo. De hecho, $H_{*}(X, R)$ puede ser definida como la homología de $C_{*}(X, R)$, la cadena complejo que en el grado $n$ es el $R$-módulo generado por singular $n$-simplices de $X$. Este es un delimitada por debajo proyectivo complejo de cadena y por lo tanto, si el mapa inducida por $f$ es un cuasi-isomorfismo, debe ser ya un homotopy de equivalencia. Por lo tanto, el mapa es todavía un cuasi-isomorfismo después de aplicar el $Hom_{R}(-, R)$ cual es la manera de calcular cohomology de un espacio.

Para 2), 3) el estándar siguiente truco simplifica el análisis. Mediante la sustitución de $Y$ por una asignación de cilindro en necesario, podemos suponer que la $f: X \rightarrow Y$ es una inclusión. Así, por ejemplo, para probar 2) y 3) es suficiente para demostrar que cuando se $H^{*}(Y, X, \mathbb{Z}) = 0$ también $H_{*}(Y, X, \mathbb{Z}) = 0$ (por el correspondiente tiempo exacto de secuencias). Este es el caso con el añadido de la suposición de que la homología de $(Y, Z)$ es finitely generado, para lo cual es suficiente para que ambos $Y, X$ han finitely generado homología.

De hecho, no trivial infinito cíclico sumando en $H_{n}(Y, X, \mathbb{Z})$ aparecería en $H^{n}(Y, Z, \mathbb{Z})$ (como su subquotient es $Hom(H_{n}(Y, Z, \mathbb{Z}), \mathbb{Z})$ por universal coeficiente). Por otro lado, cualquier finito cylic sumando aparecería como $0 \neq Ext^{1}(\mathbb{Z}_{k}, \mathbb{Z}) \subseteq Ext^{1}(H_{n}(Y, X, \mathbb{Z}), \mathbb{Z}) \subseteq H^{n+1}(Y, X, \mathbb{Z})$ nuevo por universal coeficiente.

[Observe que anteriormente he usado universal para el coeficiente de relación de co(homología) de $(Y, X)$. Esto es posible ya que el teorema es de hecho una declaración de álgebra homológica sobre delimitada por debajo de libre $\mathbb{Z}$-complejos (de los cuales la relación singular complejo de $(Y, Z)$ es un ejemplo.)]

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