กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 5 นาที

ทฤษฎีบทการประมาณค่าเซลลูลาร์

ในโทโพโลยีเชิง พีชคณิต ทฤษฎีบทการประมาณค่าเซลลูลาร์กล่าวว่าแผนที่ระหว่างคอมเพล็กซ์ CWสามารถถือได้ว่าเป็นประเภทเฉพาะเจาะจงเสมอ กล่าวคือ ถ้าXและYเป็นคอมเพล็กซ์ CW และf : X →

ทฤษฎีบทการประมาณค่าเซลลูลาร์

ในโทโพโลยีเชิง พีชคณิต ทฤษฎีบทการประมาณค่าเซลลูลาร์กล่าวว่าแผนที่ระหว่างคอมเพล็กซ์ CWสามารถถือได้ว่าเป็นประเภทเฉพาะเจาะจงเสมอ กล่าวคือ ถ้าXและYเป็นคอมเพล็กซ์ CW และf  : XYเป็นแผนที่ต่อเนื่องแล้วfจะเรียกว่าเป็นแผนที่เซลลูลาร์ถ้าfแปลงโครงร่างn มิติ ของXไปยัง โครงร่าง n มิติ ของYสำหรับทุกnกล่าวคือ ถ้าเอฟ(Xn)วายn{\displaystyle f(X^{n})\subseteq Y^{n}}สำหรับทุกnทฤษฎีบทการประมาณค่าเซลลูลาร์กล่าวว่า แผนที่ต่อเนื่องใดๆf  : XYระหว่างคอมเพล็กซ์ CW XและYนั้นเป็นโฮโมโทปีกับแผนที่เซลลูลาร์ และถ้าfเป็นเซลลูลาร์อยู่แล้วบนซับคอมเพล็กซ์AของXเราก็สามารถเลือกให้โฮโมโทปีนั้นเป็นแบบคงที่บนA ได้อีกด้วย จากมุมมองทางโทโพโลยีเชิงพีชคณิต แผนที่ใดๆ ระหว่างคอมเพล็กซ์ CW จึงสามารถถือได้ว่าเป็นเซลลูลาร์

แนวคิดเรื่องการพิสูจน์

สามารถพิสูจน์ได้โดยการอุปมานตามnโดยมีข้อความว่าfเป็นฟังก์ชันเซลลูลาร์บนโครงร่างX nสำหรับกรณีฐาน n=0 สังเกตว่าส่วนประกอบเส้นทาง ทุกส่วน ของYต้องมีเซลล์ 0 เซลล์ภาพภายใต้fของเซลล์ 0 เซลล์ของXจึงสามารถเชื่อมต่อกับเซลล์ 0 เซลล์ของYได้ด้วยเส้นทาง แต่สิ่งนี้จะให้โฮโมโทปีจากfไปยังแผนที่ซึ่งเป็นฟังก์ชันเซลลูลาร์บนโครงร่าง 0 ของ X

สมมติแบบอุปนัยว่าfเป็นฟังก์ชันเซลลูลาร์บนโครงร่าง ( n 1) ของXและให้e nเป็น เซลล์ nของXส่วนปิดของe nเป็นเซตกระชับในXเนื่องจากเป็นภาพของแผนที่ลักษณะเฉพาะของเซลล์ และดังนั้นภาพของส่วนปิดของe nภายใต้fก็เป็นเซตกระชับในY เช่นกัน จากนั้นเป็นผลลัพธ์ทั่วไปของ CW-complexes ที่ว่าปริภูมิย่อยกระชับใดๆ ของ CW-complex จะพบ (นั่นคือตัดกันอย่างไม่ธรรมดา ) กับเซลล์ของ complex เพียงจำนวนจำกัดเท่านั้น ดังนั้นf ( e n ) จะพบเซลล์ของY อย่างมากที่สุดเพียงจำนวนจำกัด ดังนั้นเราจึงสามารถเลือกได้  อีเควาย{\displaystyle e^{k}\subseteq Y}เพื่อเป็นเซลล์ที่มีมิติสูงสุดที่ตรงกับf ( e n ) ถ้าเคn{\displaystyle k\leq n}แผนที่f นั้นเป็นเซลลูลาร์บนe n อยู่แล้ว เนื่องจากในกรณีนี้ มีเพียงเซลล์ของ โครงร่าง nของY เท่านั้น ที่ตรงกับf ( e n ) ดังนั้นเราจึงสามารถสมมติได้ว่าk  > nจากนั้นจึงเป็นผลลัพธ์ทางเทคนิคที่ไม่ธรรมดา (ดู Hatcher) ที่การจำกัดของfไปยัง Xn1อีn{\displaystyle X^{n-1}\cup e^{n}}สามารถโฮโมโทปเทียบกับX n-1ไปยังแผนที่ที่ขาดจุดp e kได้ เนื่องจากY k { p } การเปลี่ยนรูปจะหดกลับไปยังปริภูมิย่อยY k - e kเราจึงสามารถโฮโมโทปข้อจำกัดของfไป ยังเพิ่มเติมได้   Xn1อีn{\displaystyle X^{n-1}\cup e^{n}}ไปยังแผนที่ เช่นgซึ่งมีคุณสมบัติว่าg ( e n ) พลาดเซลล์e kของYโดยยังคงสัมพันธ์กับX n-1เนื่องจากf ( e n ) พบเซลล์ของ Yเพียงจำนวนจำกัดตั้งแต่แรก เราจึงสามารถทำซ้ำกระบวนการนี้ได้จำนวนจำกัดครั้งเพื่อสร้างเอฟ(อีn){\displaystyle f(e^{n})}ข้าม เซลล์ทั้งหมดของYที่มีมิติใหญ่กว่าn

เราทำซ้ำกระบวนการนี้สำหรับ เซลล์ n ทุก เซลล์ของXโดยตรึงเซลล์ของซับคอมเพล็กซ์Aที่fเป็นเซลล์อยู่แล้ว และด้วยวิธีนี้เราจะได้โฮโมโทปี (สัมพันธ์กับโครงร่าง ( n 1) ของXและ เซลล์ nของA ) ของการจำกัดของfไปยังX nเป็นแผนที่ที่เป็นเซลล์บนเซลล์ทั้งหมดของXที่มีมิติไม่เกินnจากนั้นใช้คุณสมบัติการขยายโฮโมโทปีเพื่อขยายสิ่งนี้ไปยังโฮโมโทปีบนX ทั้งหมด และเชื่อมต่อโฮโมโทปีเหล่านี้เข้าด้วยกัน จะทำให้การพิสูจน์เสร็จสมบูรณ์ สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดดู Hatcher  

แอปพลิเคชัน

กลุ่มโฮโมโทปีบางกลุ่ม

ทฤษฎีบทการประมาณค่าเซลลูลาร์สามารถใช้คำนวณกลุ่มโฮโมโทปี บางกลุ่มได้ทันที โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ถ้าn<เค,{\displaystyle n<k,}แล้วπn(เอสเค)=0.{\displaystyle \pi _{n}(S^{k})=0.}ให้เอสn{\displaystyle S^{n}}และเอสเค{\displaystyle S^{k}}โครงสร้าง CW มาตรฐานของพวกมันโดยแต่ละอันมีเซลล์ 0 หนึ่งเซลล์ และมี เซลล์ n หนึ่ง เซลล์สำหรับเอสn{\displaystyle S^{n}}และเซลล์ kหนึ่งเซลล์สำหรับเอสเค.{\displaystyle S^{k}.}แผนที่ใดๆที่รักษาจุดฐานไว้เอฟ:เอสnเอสเค{\displaystyle f\colon S^{n}\to S^{k}}จากนั้นจะเป็นโฮโมโทปิกกับแผนที่ซึ่งภาพของแผนที่นั้นอยู่ใน โครงร่าง nของเอสเค,{\displaystyle S^{k},}ซึ่งประกอบด้วยจุดฐานเพียงจุดเดียว กล่าวคือ แผนที่ใดๆ ก็ตามที่มีลักษณะเช่นนี้จะเป็นแผนที่แบบ nullhomotopic

การประมาณค่าเซลลูลาร์สำหรับคู่

ให้f : (X,A)(Y,B)เป็นแผนที่ของคู่ CWนั่นคือfเป็นแผนที่จากXไปยังYและภาพของเอX{\displaystyle A\subseteq X\,}ถ้าfอยู่ภายในBแล้วfจะเป็นโฮโมโทปีกับแผนที่เซลลูลาร์(X,A)(Y,B)เพื่อดูสิ่งนี้ ให้จำกัดfให้อยู่ในAและใช้การประมาณค่าเซลลูลาร์เพื่อหาโฮโมโทปีของfกับแผนที่เซลลูลาร์บนA ใช้คุณสมบัติการขยายโฮโมโทปีเพื่อขยายโฮโมโทปีนี้ไปยัง Xทั้งหมดและใช้การประมาณค่าเซลลูลาร์อีกครั้งเพื่อหาแผนที่ที่เป็นเซลลูลาร์บนXแต่ไม่ละเมิดคุณสมบัติเซลลูลาร์บนA

ดังนั้น ผลที่ตามมาคือ คู่ CW (X,A)จะเชื่อมต่อกันแบบ n-connectedถ้าเซลล์ทั้งหมดของXเอ{\displaystyle XA}มีมิติที่มากกว่าn อย่างชัดเจน : ถ้าฉันn{\displaystyle i\leq n\,}จากนั้นแผนที่ใดๆ(ดีฉัน,ดีฉัน){\displaystyle (D^{i},\partial D^{i})\,}(X,A)เป็นโฮโมโทปีกับแผนที่เซลลูลาร์ของคู่ และเนื่องจาก โครงร่าง nของXอยู่ภายในAแผนที่ดังกล่าวจึงเป็นโฮโมโทปีกับแผนที่ที่มีภาพอยู่ในAและด้วยเหตุนี้จึงเป็น 0 ในกลุ่มโฮโมโทปีสัมพัทธ์πฉัน(X,เอ){\displaystyle \pi _{i}(X,A)\,}โดย เฉพาะอย่างยิ่ง เรามีสิ่งนั้น(X,Xn){\displaystyle (X,X^{n})\,}เนื่องจากเป็นn-เชื่อมต่อ จึงเป็นผลมาจากลำดับที่แน่นอน ยาว ของกลุ่มโฮโมโทปีสำหรับคู่ดังกล่าว(X,Xn){\displaystyle (X,X^{n})\,}ที่เรามีไอโซมอร์ฟิซึมπฉัน(Xn){\displaystyle \pi _{i}(X^{n})\,}πฉัน(X){\displaystyle \pi _{i}(X)\,}สำหรับทุกคนฉัน<n{\displaystyle i<n\,}และการส่งแบบทั่วถึงπn(Xn){\displaystyle \pi _{n}(X^{n})\,}πn(X){\displaystyle \pi _{n}(X)\,}.

การประมาณค่า CW

สำหรับปริภูมิ Xทุกปริภูมิเราสามารถสร้างคอมเพล็กซ์ CW Zและความสมมูลโฮโมโทปีแบบอ่อนได้เอฟ:X{\displaystyle f\colon Z\to X}นั่นเรียกว่าการประมาณค่า CWของXการประมาณค่า CW ซึ่งเป็นการสมมูลแบบโฮโมโทปีอย่างอ่อน ทำให้เกิดไอโซมอร์ฟิซึมบนกลุ่มโฮโมโลยีและโคโฮโมโลยีของXดังนั้นจึงมักสามารถใช้การประมาณค่า CW เพื่อลดข้อความทั่วไปให้เป็นเวอร์ชันที่ง่ายกว่าซึ่งเกี่ยวข้องเฉพาะกับคอมเพล็กซ์ CW เท่านั้น

การประมาณค่า CW สร้างขึ้นโดยการเหนี่ยวนำบนโครงร่างฉัน{\displaystyle Z_{i}}ของ{\displaystyle Z}เพื่อให้แผนที่(เอฟฉัน)*:πเค(ฉัน)πเค(X){\displaystyle (f_{i})_{*}\colon \pi _{k}(Z_{i})\to \pi _{k}(X)}มีโครงสร้างเหมือนกันสำหรับเค<ฉัน{\displaystyle k<i}และกำลังดำเนินการต่อไปเค=ฉัน{\displaystyle k=i}(สำหรับจุดอ้างอิงใดๆ) จากนั้นฉัน+1{\displaystyle Z_{i+1}}สร้างขึ้นจากฉัน{\displaystyle Z_{i}}โดยการแนบเซลล์ (i+1) ที่ (สำหรับจุดฐานทั้งหมด)

  • เชื่อมโยงกันด้วยการแมปเอสฉันฉัน{\displaystyle S^{i}\to Z_{i}}ที่สร้างแกนหลักของπฉัน(ฉัน)πฉัน(X){\displaystyle \pi _{i}(Z_{i})\to \pi _{i}(X)}(และถูกแมปไปยังXโดยการหดตัวของทรงกลมที่สอดคล้องกัน)
  • เชื่อมโยงกันด้วยการแมปค่าคงที่และถูกแมปไปยังXเพื่อสร้างπฉัน+1(X){\displaystyle \pi _{i+1}(X)}(หรือπฉัน+1(X)/(เอฟฉัน)*(πฉัน+1(ฉัน)){\displaystyle \pi _{i+1}(X)/(f_{i})_{*}(\pi _{i+1}(Z_{i}))})

การประมาณค่าแบบเซลลูลาร์ทำให้มั่นใจได้ว่าการเพิ่มเซลล์ (i+1) เซลล์จะไม่ส่งผลกระทบπเค(ฉัน)πเค(X){\displaystyle \pi _{k}(Z_{i}){\stackrel {\cong }{\to }}\pi _{k}(X)}สำหรับเค<ฉัน{\displaystyle k<i}, ในขณะที่πฉัน(ฉัน){\displaystyle \pi _{i}(Z_{i})}จะถูกแยกออกโดยคลาสของการแมปไฟล์แนบเอสฉันฉัน{\displaystyle S^{i}\to Z_{i}}ของเซลล์เหล่านี้ให้πฉัน(ฉัน+1)πฉัน(X){\displaystyle \pi _{i}(Z_{i+1}){\stackrel {\cong }{\to }}\pi _{i}(X)}ความเป็นทั่วถึงของπฉัน+1(ฉัน+1)πฉัน+1(X){\displaystyle \pi _{i+1}(Z_{i+1})\to \pi _{i+1}(X)}เห็นได้ชัดตั้งแต่ขั้นตอนที่สองของการก่อสร้าง

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ทฤษฎีบทการประมาณค่าเซลลูลาร์

ในโทโพโลยีเชิง พีชคณิต ทฤษฎีบทการประมาณค่าเซลลูลาร์กล่าวว่าแผนที่ระหว่างคอมเพล็กซ์ CWสามารถถือได้ว่าเป็นประเภทเฉพาะเจาะจงเสมอ กล่าวคือ ถ้าXและYเป็นคอมเพล็กซ์ CW และf : X →

แนวคิดเรื่องการพิสูจน์

สามารถพิสูจน์ได้โดย การอุปมาน ตาม n โดยมีข้อความว่า f เป็นฟังก์ชันเซลลูลาร์บนโครงร่าง X n สำหรับกรณีฐาน n=0 สังเกตว่า ส่วนประกอบเส้นทาง ทุกส่วน ของ Y ต้องมีเซลล์ 0 เซลล์ ภาพ ภายใต้ f ของเซลล์ 0 เซลล์ของ X จึงสามารถเชื่อมต่อกับเซลล์ 0 เซลล์ของ Y ได้ด้วยเส้นทาง...

กลุ่มโฮโมโทปีบางกลุ่ม

ทฤษฎีบทการประมาณค่าเซลลูลาร์สามารถใช้คำนวณ กลุ่มโฮโมโทปี บางกลุ่มได้ทันที โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ถ้า n < เค , {\displaystyle n<k,} แล้ว π n ( เอส เค ) = 0. {\displaystyle \pi _{n}(S^{k})=0.

การประมาณค่าเซลลูลาร์สำหรับคู่

ให้ f : (X,A) → (Y,B) เป็นแผนที่ของ คู่ CW นั่นคือ f เป็นแผนที่จาก X ไปยัง Y และภาพของ เอ ⊆ X {\displaystyle A\subseteq X\,} ถ้า f อยู่ภายใน B แล้ว f จะเป็นโฮโมโทปีกับแผนที่เซลลูลาร์ (X,A) → (Y,B) เพื่อดูสิ่งนี้ ให้จำกัด f ให้อยู่ใน A...