复形

更新时间:2022-10-24 11:47

复形是组合拓扑的基本概念之一,许多种拓扑空间的研究都可化归为复形拓扑性质的研究,复形是不同维的正常分布的单纯形之总和,即复形中任意两个单纯形,或不相交,或仅具有公共边界等。此外,复形中单纯形所有边界均属于单纯形,复形中单纯形最高维数称之为复形的维数

定义

一个阿贝尔范畴中的一个复形,是对象及态射的集,且对所有i,满足。

单纯复形

基本介绍

单纯复形(simplicial complex)亦称几何单纯复形,是单纯同调论中的一个基本概念,是用单形构造的并且按一定规则组成的图形,它是定义一类拓扑空间的工具。

单纯复形的定义

下面用单形构造更复杂的图形——复形:

定义 K是单形的有限集合。如果K满足

(1) 若是K的单形,则的任意面都属于K;

(2) K中所有有单形都规则相处(见下文“规则相处”的介绍);

那么称K为单纯复形,简称复形。K中单形维数的最大值为K的维数,记作,K的零维单形称为K的顶点。

单纯复形的连通性

单纯复形的连通性(connectivity of simplicial complex)是拓扑空间的连通性在复形上的推广。若复形K不是两个非空不相交的子复形的并集,则称复形K是连通的。若L是复形K的连通子复形,并且L不是任何其他连通子复形的真子复形(实际上L是K的极大的连通子复形),则称L为K的一个连通分支,复形K的连通性等价于下列各条件:

1.对于复形K中任意顶点a与b,存在K的一系列顶点,使得都是K的1维单形。

2.复形K的多面体是道路连通的。

3.复形K的多面体是连通的。

任意复形K都是有限个互不相交的连通分支的并,因此多面体是相同个数互不相交的连通分支的并,若单纯复形K是个连通分支的并集,则各维同调群有下列直和分解

对于零维同调群,当复形K是连通复形时,,这里Z是整数加群。而当复形K是r个连通分支的并集时,是r个整数加群Z的直和,即

单纯形

设是Rn中的点,若具有线性关系,则说明这一组点占有最广的位置。当时就是一个点,自然此点占有最广位置。

单纯形

设是Rn中占有最广位置的点,而,则我们称点的集合

为q维单纯形,简称q维单形,称为顶点,故常将记作,而系数称为此单纯形的重心坐标。

定义对于q维单形,称的()个顶点中的个点所构成的维单形为的一个r维面,的0维面就是顶点,把1维面称为棱。

例1考虑3维单形,对于点,就有,

例如,维面,为棱,为面,为体,如图1所示。

有向单形与无向单形

当时,的点有个排列,它们决定同一个,这样的单形被称为无向单形,在排列中,有一半是偶置换,一半是奇置换,因而这两个置换等价类构成了两个定向,指定一个定向单形称为有向单形,简记“”=,这里指顶点次序为的有向单形;另一个定向单形记作“”=,以单纯形作为构件,可以组成单纯复合形、多面体和链。

单纯复合形(复形)

如果或是一个公共面,则单形和是规则相处的,如图2所示,否则是不规则相处的,如图3所示。

设W是Rn中有限个单形集合,如果W满足下列两个条件:

(1)如果,的任一面也属于W;

(2)W的任意两个单形和规则相处,

则称W为单纯复合形,简称为复形,如图4所示;否则是非复形,如图5所示。

有向单形的基本组

设W是一个n维复形,它的全体无向单形

都己任意地规定了一个定向,这里为W中q维单形的个数,这样,得到一组有向单形

上式称为W的有向单形的基本组。

设为n维复形W的一个基本组,对于,形式地定义

称为W的一个q维链。

1维链可看作是有向的折线。

链边界

如果把边界算子扩展到有向单形和复形上去,则有下面的链边界。

定义对于任意q维有向单形,我们定义()维链:

称之为的边界链或简称边界。式中表示缺这一点,也可以把扩展到W的q维链上去,定义W的任意q维链的边界为

由此可见,边界算子建立了链群到的一个同态:

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