谱序列

更新时间:2023-01-08 11:41

同调代数中,谱序列是一种借着逐步逼近以计算同调或上同调群的技术,由让·勒雷在1946年首创。其应用见诸代数拓扑、群上同调与同伦理论。

动机

让·勒雷当初为了研究代数拓扑学,而引入的概念,从而面临计算层上同调的问题。为此,勒雷发明了现称勒雷谱序列的计算方法,它联系了一个层的上同调群与其正像的上同调群。

人们很快就发现:勒雷谱序列只是一个特例。谱序列还现身于纤维化等几何问题;更抽象地说,对合成函子取导出函子也会得到谱序列,称为格罗滕迪克谱序列。虽然导出范畴在理论层面提供了较简炼的框架,谱序列仍是最有效的计算工具。

定义

谱序列为微分双分次模的序列(Er,dr)r≥1,并对任何r满足Er+1=H(Er,dr)。

范畴定义

以下固定一个阿贝尔范畴,常见例子是一个环上的模范畴。谱序列是一个非负整数 及下述资料:

对所有整数 ,有范畴中的一个对象 。

自同态 ,满足 ,称为边界映射或微分。

从 到 的同构。

通常省去 与 的同构,而写成等式。

例子

最基本的例子是链复形,它带有一个微分 。取 ,并令 ,于是必有 ;这个新链复形上的微分只有一个自然的选择,就是零映射。于是有 。综之,我们得到一个链复形范畴上的谱序列:

由于只有 时微分映射才可能非零,此序列在第一步后就不含任何新资讯。

较常见的是双分次模(或层)范畴上的谱序列,表作 ,此时的微分映射次数与 有关:对于上同调谱序列, 的次数是 。对于同调谱序列,通常将各项写成 ,微分映射 的次数是 。

态射

谱序列之间的态射 定义为一族态射 ,使之与同构 交换。谱序列对此构成了一个阿贝尔范畴。

正合偶

交换代数中大部分的谱序列来自链复形,而已知构造谱序列最有力的方法是 William Massey 的正合偶。正合偶在代数拓扑学中很常见,此时对于许多谱序列,正合偶是唯一已知的构造法。事实上,正合偶可以用来构造所有已知的谱序列。

同样固定一个阿贝尔范畴(通常取一个环上的双分次模) ,一个正合偶是:

一对对象 三个态射: 使之满足下述正合条件:

将这组资料简记为 。正合偶通常以三角形表示。 对应到谱序列的 项,而 是一些辅助资料。

为了得到谱序列的后续项,以下将构造导出偶。令:

由导出。

定义如下:若为某个环上的范畴,对任一,存在使得,定义为在中的像。一般而言,可利用 Mitchell 嵌入定理构造态射。

可以验证构成正合偶。对应到谱序列的项。续行此法,可以得到一族正合偶。相应的谱序列定义为,。

收敛与退化

在第一个简单的例子中,谱序列在后的微分映射皆为零,故不再改变。这时可定义该谱序列的极限为。对于一般的谱序列,也往往存在一个极限,极限与各项的关系可说是谱序列的众妙之门。

定义:若谱序列对每个都存在,使得当时,及皆为零,则称之极限项为(取充分大的)。最常见的例子是集中在第一象限的谱序列,此时极限项恒存在。

其中的指标指涉过滤结构。

若存在对象、过滤结构,及一族同构,满足(这种过滤称为“正则过滤”),则称收敛到,通常表为下述符号:

习惯上,人们也常将上式写成,因为谱序列中最重要的页往往是。

最简单的收敛特例是退化:

定义:固定,若对每个,微分映射都是零,则称该谱序列在第页退化。

退化性保证了,此时即其极限。如果一个双分次谱序列的非零项集中于某一条水平或垂直线上,则必在时退化。

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