กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 10 นาที

การเชื่อมต่อโฮโมโทปิคอล

โทโพโลยีทั่วไป/ทฤษฎีโฮโมโตปี/คุณสมบัติของปริภูมิทอพอโลยี

ใน โทโพโลยีเชิงพีชคณิตการเชื่อมต่อแบบโฮโมโทปิกเป็นคุณสมบัติที่อธิบายปริภูมิโทโพโลยีโดยอาศัยมิติของรูในปริภูมินั้น โดยทั่วไป...

การเชื่อมต่อโฮโมโทปิคอล

ใน โทโพโลยีเชิงพีชคณิตการเชื่อมต่อแบบโฮโมโทปิกเป็นคุณสมบัติที่อธิบายปริภูมิโทโพโลยีโดยอาศัยมิติของรูในปริภูมินั้น โดยทั่วไป การเชื่อมต่อแบบโฮโมโทปิกต่ำบ่งชี้ว่าปริภูมินั้นมีรูที่มีมิติต่ำอย่างน้อยหนึ่งรู แนวคิดของ การเชื่อมต่อแบบ n - connectedness เป็นการขยายแนวคิดของการเชื่อมต่อแบบเส้นทาง (path-connectedness ) และการเชื่อมต่อแบบง่าย (simple connectedness )

นิยามที่เทียบเท่ากันของการเชื่อมต่อแบบโฮโมโทปีนั้นอิงตามกลุ่มโฮโมโทปีของปริภูมิ ปริภูมิหนึ่งเรียกว่าเชื่อมต่อแบบ n (หรือเชื่อมต่อแบบง่ายแบบn ) ถ้า กลุ่มโฮโมโทปี n กลุ่มแรกของปริภูมินั้น เป็นกลุ่มที่ไม่มีสมาชิกอื่น

การเชื่อมต่อแบบโฮโมโทปีนั้นถูกกำหนดไว้สำหรับแผนที่ด้วยเช่นกัน แผนที่เรียกว่า เชื่อมต่อแบบ nหากเป็นไอโซมอร์ฟิซึม "จนถึงมิติnในโฮโมโทปี "

นิยามโดยใช้รู

คำ จำกัดความทั้งหมดด้านล่างนี้พิจารณาจากปริภูมิเชิงทอพอโลยีX

รูในX นั้นโดยทั่วไปหมายถึงสิ่งที่ป้องกันไม่ให้ทรงกลมที่วางไว้อย่างเหมาะสมหดตัวลงอย่างต่อเนื่องจนกลายเป็นจุด[ 1 ] : 78หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ เป็นทรงกลมที่ไม่สามารถขยายออกไปเป็นลูกบอล ได้อย่างต่อเนื่อง ตามหลักการแล้ว

  • ทรงกลม d มิติใน Xเป็นฟังก์ชันต่อเนื่องเอฟ:เอสX{\displaystyle f_{d}:S^{d}\to X}.
  • ทรงกลม d มิติใน Xเป็นฟังก์ชันต่อเนื่องจี:บีX{\displaystyle g_{d}:B^{d}\to X}.
  • รูขอบเขตมิติ dในX คือทรง กลม มิติ dที่ไม่ใช่nullhomotopic (ไม่สามารถย่อขนาดอย่างต่อเนื่องไปยังจุดเดียวได้) หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ เป็น ทรงกลมมิติ dที่ไม่สามารถขยายอย่างต่อเนื่องไปยังลูกบอลมิติ ( d +1) ได้ บางครั้งเรียกว่า รูมิติ ( d +1) ( d +1 คือมิติของ "ลูกบอลที่หายไป")
  • Xเรียกว่าn-เชื่อมต่อได้หากไม่มีรูที่มีมิติขอบเขตdn [ 1 ] : 78 , Sec.4.3
  • การเชื่อมต่อแบบโฮโมโทปิกของXซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์คอนน์π(X){\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(X)}โดยที่ nคือจำนวนเต็มที่มากที่สุดที่ทำให้ X เป็นn-เชื่อมต่อ
  • นิยามของการเชื่อมต่อที่แตกต่างออกไปเล็กน้อย ซึ่งทำให้การคำนวณบางอย่างง่ายขึ้น คือ จำนวนเต็มที่เล็กที่สุดdที่ทำให้ X มี รูมิติ d อยู่ภายใน พารามิเตอร์การเชื่อมต่อนี้จะใช้สัญลักษณ์ แทนด้วยηπ(X){\displaystyle \eta _{\pi }(X)}และค่านี้แตกต่างจากค่าพารามิเตอร์ก่อนหน้าอยู่ 2 นั่นคือηπ(X):=คอนน์π(X)+2{\displaystyle \eta _{\pi }(X):={\text{conn}}_{\pi }(X)+2}[ 2 ]

ตัวอย่าง

รูสองมิติ (รูที่มีขอบเขตหนึ่งมิติ)
  • รูสองมิติ (รูที่มีขอบเขตหนึ่งมิติ) คือวงกลม (S 1 ) ในXที่ไม่สามารถหดตัวอย่างต่อเนื่องไปยังจุดหนึ่งในXได้ ตัวอย่างแสดงในรูปทางด้านขวา บริเวณสีเหลืองคือปริภูมิเชิงทอพอโลยีXซึ่งเป็นรูปห้าเหลี่ยมที่ตัดสามเหลี่ยมออกไปหนึ่งรูป วงกลมสีน้ำเงินคือทรงกลมหนึ่งมิติในXมันไม่สามารถหดตัวอย่างต่อเนื่องไปยังจุดหนึ่งใน X ได้ ดังนั้น X จึงมีรูสองมิติ อีกตัวอย่างหนึ่งคือระนาบที่ถูกเจาะ – ระนาบยุคลิดที่ตัดจุดเดียวออกไปอาร์2{(0,0)}{\displaystyle \mathbb {R} ^{2}\setminus \{(0,0)\}}. ในการสร้างรู 2 มิติในลูกบอล 3 มิติ ให้สร้างอุโมงค์ผ่านมัน[ 1 ]โดยทั่วไป พื้นที่จะมีรูขอบเขต 1 มิติก็ต่อเมื่อมันไม่เชื่อมต่อแบบง่าย เท่านั้น ดังนั้น การเชื่อมต่อแบบง่ายจึงเทียบเท่ากับการเชื่อมต่อแบบ 1 มิติXเชื่อมต่อแบบ 0 มิติ แต่ไม่เชื่อมต่อแบบ 1 มิติ ดังนั้น คอนน์π(X)=0{\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(X)=0}ขนาดที่เล็กที่สุดของรูคือ 2 ดังนั้น ηπ(X)=2{\displaystyle \eta _{\pi }(X)=2}.
    รูสามมิติ
  • รูปทางด้านขวาแสดงรูสามมิติ (รูที่มีขอบเขตสองมิติ) โดยที่Xคือลูกบาศก์ (สีเหลือง) ที่เอาลูกบอลออกไปหนึ่งลูก (สีขาว) ทรงกลมสองมิติ (สีน้ำเงิน) ไม่สามารถหดลงอย่างต่อเนื่องจนเหลือเพียงจุดเดียวได้X เป็นทรง กลมที่เชื่อมต่ออย่างง่าย แต่ไม่ใช่ทรงกลมที่เชื่อมต่อสองมิติ ดังนั้นคอนน์π(X)=1{\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(X)=1}ขนาดที่เล็กที่สุดของรูคือ 3 ดังนั้นηπ(X)=3{\displaystyle \eta _{\pi }(X)=3}.
รูแบบ 1 มิติ
  • สำหรับรู 1 มิติ (รูที่มีขอบเขตเป็น 0 มิติ) เราจำเป็นต้องพิจารณาเอส0{\displaystyle S^{0}}- ทรงกลมมิติศูนย์ ทรงกลมมิติศูนย์คืออะไร? - สำหรับจำนวนเต็มd ทุกตัว ทรงกลมเอส{\displaystyle S^{d}}คือขอบเขตของ ทรงกลมมิติ ( d +1)บี+1{\displaystyle B^{d+1}}. ดังนั้นเอส0{\displaystyle S^{0}}คือขอบเขตของบี1{\displaystyle B^{1}}ซึ่งก็คือช่วง [0,1] ดังนั้นเอส0{\displaystyle S^{0}}คือเซตของจุดสองจุดที่ไม่ซ้ำกัน {0, 1} ทรงกลมศูนย์มิติในXก็คือเซตของจุดสองจุดในXนั่นเอง ถ้ามีเซตดังกล่าวที่ไม่สามารถหดอย่างต่อเนื่องไปยังจุดเดียวในX (หรือขยายอย่างต่อเนื่องไปยังส่วนของเส้นตรงในX ) ได้ นั่นหมายความว่าไม่มีเส้นทางระหว่างจุดสองจุดนั้น นั่นคือ X ไม่ใช่ปริภูมิที่เชื่อมต่อด้วยเส้นทางดูรูปทางด้านขวา ดังนั้น การเชื่อมต่อด้วยเส้นทางจึงเทียบเท่ากับการเชื่อมต่อด้วยศูนย์Xไม่ใช่ปริภูมิที่เชื่อมต่อด้วยศูนย์ ดังนั้น คอนน์π(X)=1{\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(X)=-1}ขนาดที่เล็กที่สุดของรูคือ 1 ดังนั้น ηπ(X)=1{\displaystyle \eta _{\pi }(X)=1}.
  • รูมิติศูนย์ คือ ลูกบอลมิติศูนย์ที่หายไป ลูกบอลมิติศูนย์ คือ จุดเดียว; ขอบเขตของมันเอส1{\displaystyle S^{-1}}เป็นเซตว่าง ดังนั้น การมีอยู่ของรูมิติศูนย์จึงเทียบเท่ากับการที่ปริภูมิว่างเปล่า ดังนั้น ปริภูมิที่ไม่ว่างเปล่าจึงเทียบเท่ากับปริภูมิที่เชื่อมต่อกันแบบ (−1) สำหรับปริภูมิว่างXคอนน์π(X)=2{\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(X)=-2}และηπ(X)=0{\displaystyle \eta _{\pi }(X)=0}ซึ่งเป็นค่าที่น้อยที่สุดที่เป็นไปได้
  • ลูกบอลไม่มีรูในมิติใดๆ ดังนั้น การเชื่อมต่อของมันจึงไม่มีที่สิ้นสุด:ηπ(X)=คอนน์π(X)={\displaystyle \eta _{\pi }(X)={\text{conn}}_{\pi }(X)=\infty }.

การเชื่อมต่อแบบโฮโมโทปิกของทรงกลม

โดยทั่วไป สำหรับจำนวนเต็มd ทุก ตัวคอนน์π(เอส)=1{\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(S^{d})=d-1}(และηπ(เอส)=+1{\displaystyle \eta _{\pi }(S^{d})=d+1}) [ 1 ] : 79, ทฤษฎีบท 4.3.2การพิสูจน์ต้องใช้สองทิศทาง:

  • พิสูจน์ว่าคอนน์π(เอส)<{\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(S^{d})<d}นั่นคือเอส{\displaystyle S^{d}}ไม่สามารถย่อขนาดลงเหลือเพียงจุดเดียวได้อย่างต่อเนื่อง สามารถพิสูจน์ได้โดยใช้ทฤษฎีบทบอร์ซุก-อูแล
  • พิสูจน์ว่าคอนน์π(เอส)1{\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(S^{d})\geq d-1}นั่นคือ นั่นคือ แผนที่ต่อเนื่องทุกแผนที่เอสเคเอส{\displaystyle S^{k}\to S^{d}}สำหรับเค<{\displaystyle k<d}สามารถหดตัวลงอย่างต่อเนื่องจนเหลือเพียงจุดเดียวได้

การกำหนดโดยใช้กลุ่ม

ปริภูมิXเรียกว่าn-เชื่อมต่อสำหรับn ≥ 0 ถ้าปริภูมินั้นไม่ว่างเปล่า และกลุ่มโฮโมโทปี ทั้งหมด ของปริภูมินั้นที่มีอันดับdnเป็นกลุ่มที่ไม่สำคัญ :π(X)0,1n,{\displaystyle \pi _{d}(X)\cong 0,\quad -1\leq d\leq n,}ที่ไหนπฉัน(X){\displaystyle \pi _{i}(X)}แสดงถึงกลุ่มโฮโมโทปีที่iและ 0 แสดงถึงกลุ่มที่ไม่สำคัญ[ 3 ]คำจำกัดความทั้งสองนั้นเทียบเท่ากัน ข้อกำหนดสำหรับ ปริภูมิที่เชื่อมต่อ nประกอบด้วยข้อกำหนดสำหรับdn ทั้งหมด :

  • เงื่อนไขd =−1 หมายความว่าXจะต้องไม่ว่างเปล่า
  • เงื่อนไขd = 0 หมายความว่าXจะต้องเชื่อมต่อกันด้วยเส้นทาง
  • เงื่อนไขที่ว่าd ≥ 1 หมายความว่าXไม่มีรูที่มีมิติขอบเขตเท่ากับdนั่นคือ ทรงกลมทุก ทรงกลมที่มีมิติ dในX นั้น เป็นโฮโมโทปีกับแผนที่คงที่ ดังนั้น กลุ่มโฮโมโทปีที่ dของX จึง เป็นกลุ่มที่ไม่มีสมาชิกอื่น ในทางกลับกันก็เป็นจริงเช่นกัน: ถ้าXมีรูที่มี ขอบเขตมิติ dแล้วจะมี ทรงกลมที่มีมิติ dที่ไม่มีโฮโมโทปีกับแผนที่คงที่ ดังนั้น กลุ่มโฮโมโทปีที่ dของXจึงไม่ใช่กลุ่มที่ไม่มีสมาชิกอื่น กล่าวโดยสรุป X มีรูที่มี ขอบเขตมิติ dก็ต่อเมื่อ...π(X)0{\displaystyle \pi _{d}(X)\not \cong 0}การเชื่อมต่อแบบโฮโมโทปิกของX คือจำนวนเต็มn ที่ใหญ่ที่สุด ซึ่ง X เชื่อมต่อแบบn [ 4 ]

ข้อกำหนดของการไม่ว่างเปล่าและการเชื่อมต่อเส้นทางสามารถตีความได้ว่าเป็นการเชื่อมต่อแบบ (−1)และการเชื่อมต่อแบบ 0ตามลำดับ ซึ่งมีประโยชน์ในการกำหนดแผนที่แบบเชื่อมต่อแบบ 0 และแบบเชื่อมต่อแบบ 1 ดังต่อไปนี้เซตโฮโมโทปีที่ 0สามารถกำหนดได้ดังนี้:

π0(X,*):=[(เอส0,*),(X,*)].{\displaystyle \pi _{0}(X,*):=\left[\left(S^{0},*\right),\left(X,*\right)\right].}

นี่เป็นเพียงเซตที่มีจุดกำหนดไม่ใช่กลุ่ม เว้นแต่ว่าX นั้นเป็น กลุ่มเชิงทอ พอโลยี เองจุดที่กำหนดคือคลาสของแผนที่แบบไม่สำคัญ ซึ่งส่งS 0ไปยังจุดฐานของXการใช้เซตนี้ พื้นที่จะเชื่อมต่อกันด้วยจุด 0 ก็ต่อเมื่อเซตโฮโมโทปีที่ 0 เป็นเซตที่มีจุดเดียวเท่านั้น นิยามของกลุ่มโฮโมโทปีและเซตโฮโมโทปีนี้ต้องการให้Xมีจุดกำหนด (มีจุดฐานที่เลือกไว้) ซึ่งเป็นไปไม่ได้หากXว่างเปล่า

ปริภูมิเชิงทอพอโลยีXจะเชื่อมต่อกันด้วยเส้นทางก็ต่อเมื่อกลุ่มโฮโมโทปีลำดับที่ 0 ของมันเป็นศูนย์โดยสมบูรณ์ เนื่องจากคุณสมบัติการเชื่อมต่อกันด้วยเส้นทางหมายความว่าจุดสองจุดใดๆx และx ในXสามารถเชื่อมต่อกันด้วยเส้นทางต่อเนื่องที่เริ่มต้นที่x และสิ้นสุดที่x ซึ่งเทียบเท่ากับการยืนยันว่าการแมป ทุกตัว จากS 0 ( เซตของจุดสองจุดแบบไม่ต่อเนื่อง) ไปยังXสามารถเปลี่ยนรูปได้อย่างต่อเนื่องไปเป็นการแมปคงที่ ด้วยนิยามนี้ เราสามารถกำหนดให้Xเชื่อมต่อกัน ด้วย n เส้นทาง ก็ต่อเมื่อ

πฉัน(X)0,0ฉันn.{\displaystyle \pi _{i}(X)\simeq 0,\quad 0\leq i\leq n.}

ตัวอย่าง

  • ปริภูมิXจะเชื่อมต่อแบบ (−1) ก็ต่อเมื่อปริภูมินั้นไม่ว่างเปล่า
  • พื้นที่Xจะเรียกว่า 0-เชื่อมต่อได้ ก็ต่อเมื่อมันไม่ว่างเปล่าและ เชื่อมต่อกัน ได้ด้วยเส้นทาง
  • พื้นที่หนึ่งจะเรียกว่าเป็นพื้นที่เชื่อมต่อแบบ 1 ได้ ก็ต่อเมื่อพื้นที่นั้นเป็นพื้นที่เชื่อมต่อแบบง่ายเท่านั้น
  • ทรง กลม nมิติ เชื่อมต่อกัน แบบ ( n  1)

แผนที่ที่เชื่อมต่อแบบn

แนวคิด เชิงสัมพันธ์ที่สอดคล้องกับ แนวคิด เชิงสัมบูรณ์ของปริภูมิที่เชื่อมต่อn ตัวคือแผนที่ที่เชื่อมต่อn ตัวซึ่งนิยามว่าเป็นแผนที่ที่มีไฟเบอร์โฮโมโทปีFfเป็นปริภูมิที่เชื่อมต่อ ( n 1) ตัว ในแง่ของกลุ่มโฮโมโทปี หมายความว่า แผนที่  เอฟ:Xวาย{\displaystyle f\colon X\to Y}n-เชื่อมต่อกันก็ต่อเมื่อ:

  • πฉัน(เอฟ):πฉัน(X)~πฉัน(วาย){\displaystyle \pi _{i}(f)\colon \pi _{i}(X)\mathrel {\overset {\sim }{\to }} \pi _{i}(Y)}เป็นไอโซมอร์ฟิซึมสำหรับฉัน<n{\displaystyle i<n}, และ
  • πn(เอฟ):πn(X)πn(วาย){\displaystyle \pi _{n}(f)\colon \pi _{n}(X)\twoheadrightarrow \pi _{n}(Y)}เป็นการส่งแบบทั่วถึง (surjection)

เงื่อนไขสุดท้ายมักทำให้สับสน เนื่องจากเมื่อกลุ่มโฮโมโทปีที่ ( n  1) ของไฟเบอร์โฮโมโทปีFf หายไป จะสอดคล้องกับการส่งแบบทั่วถึงไปยัง กลุ่มโฮโมโทปี ที่nในลำดับที่แน่นอน

πn(X)πn(เอฟ)πn(วาย)πn1(เอฟเอฟ).{\displaystyle \pi _{n}(X)\mathrel {\overset {\pi _{n}(f)}{\to }} \pi _{n}(Y)\to \pi _{n-1}(Ff).}

ถ้ากลุ่มทางด้านขวาπn1(เอฟเอฟ){\displaystyle \pi _{n-1}(Ff)}ถ้าหายไป แผนที่ทางซ้ายจะเป็นการส่งแบบทั่วถึง (surjection)

ตัวอย่างที่มีมิติต่ำ:

  • แผนที่เชื่อมต่อ (แผนที่เชื่อมต่อแบบ 0) คือแผนที่ที่อยู่บนส่วนประกอบของเส้นทาง (กลุ่มโฮโมโทปีลำดับที่ 0) ซึ่งสอดคล้องกับไฟเบอร์โฮโมโทปีที่ไม่ว่างเปล่า
  • แผนที่เชื่อมต่ออย่างง่าย (แผนที่เชื่อมต่อ 1) คือแผนที่ที่เป็นไอโซมอร์ฟิซึมบนส่วนประกอบของเส้นทาง (กลุ่มโฮโมโทปีลำดับที่ 0) และบนกลุ่มพื้นฐาน (กลุ่มโฮโมโทปีลำดับที่ 1)

การเชื่อมต่อแบบ nสำหรับปริภูมิสามารถกำหนดได้ในแง่ของ การเชื่อมต่อแบบ nของแผนที่: ปริภูมิXที่มีจุดฐานx₀เป็น ปริภูมิที่เชื่อมต่อแบบ nก็ต่อเมื่อการรวมจุดฐาน x₀ เข้าไปx0X{\displaystyle x_{0}\hookrightarrow X}เป็น แผนที่เชื่อมต่อ nจุด เซตจุดเดียวสามารถยุบตัวได้ ดังนั้นกลุ่มโฮโมโทปีทั้งหมดของเซตนั้นจึงเป็นศูนย์ และด้วยเหตุนี้ "ไอโซมอร์ฟิซึมต่ำกว่าnและทั่วถึงที่n " จึงสอดคล้องกับการที่กลุ่มโฮโมโทปี n กลุ่ม แรกของXเป็นศูนย์

การตีความ

นี่เป็นตัวอย่างที่ดีสำหรับเซตย่อย: การรวมที่เชื่อมต่อกัน แบบ nเอX{\displaystyle A\hookrightarrow X}เป็นปริภูมิหนึ่งที่มีคุณสมบัติว่า โฮโมโทปีในปริภูมิ Xที่ใหญ่กว่าสามารถแปลงเป็นโฮโมโทปีในเซตย่อยAได้โดยไม่เกินมิติn  − 1 

ตัวอย่างเช่น สำหรับแผนที่แสดงการรวมกลุ่มเอX{\displaystyle A\hookrightarrow X}เพื่อให้เป็นอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อแบบ 1 จะต้องมีคุณสมบัติดังนี้:

  • บนπ0(X),{\displaystyle \pi _{0}(X),}
  • หนึ่งต่อหนึ่งπ0(เอ)π0(X),{\displaystyle \pi _{0}(A)\to \pi _{0}(X),}และ
  • บนπ1(X).{\displaystyle \pi _{1}(X).}

การสนทนาแบบตัวต่อตัวπ0(เอ)π0(X){\displaystyle \pi _{0}(A)\to \pi _{0}(X)}หมายความว่าหากมีเส้นทางเชื่อมต่อระหว่างสองจุดเอ,เอ{\displaystyle a,b\in A}โดยการผ่านจุดXจะมีเส้นทางในAที่เชื่อมต่อพวกเขาทั้งสอง ในขณะที่ไปยังπ1(X){\displaystyle \pi _{1}(X)}หมายความว่าเส้นทางในXนั้นเป็นโฮโมโทปิกกับเส้นทางในA อย่างแท้จริง

กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ฟังก์ชันที่เป็นไอโซมอร์ฟิซึมบนπn1(เอ)πn1(X){\displaystyle \pi _{n-1}(A)\to \pi _{n-1}(X)}หมายความเพียงว่าองค์ประกอบใด ๆ ของπn1(เอ){\displaystyle \pi _{n-1}(A)}ที่เป็นโฮโมโทปีในXจะเป็น โฮโมโทปี เชิงนามธรรมในA ด้วย – โฮโมโทปีในAอาจไม่เกี่ยวข้องกับโฮโมโทปีในX – ในขณะเดียวกันก็เป็นn-เชื่อมต่อ (ดังนั้นจึงเป็นทั่วถึงด้วย)πn(X){\displaystyle \pi _{n}(X)}หมายความว่า (จนถึงมิติn  1) โฮโมโทปีในXสามารถถูกผลักเข้าไปในโฮโมโทปีในAได้

นี่เป็นการอธิบายที่ชัดเจนยิ่งขึ้นเกี่ยวกับประโยชน์ของนิยามของ การเชื่อมต่อแบบ n : ตัวอย่างเช่น พื้นที่ที่การรวมโครง ร่าง kเป็นการ เชื่อมต่อแบบ n (สำหรับn  > k ) – เช่น การรวมจุดใน ทรงกลม n – มีคุณสมบัติที่ว่าเซลล์ใด ๆ ในมิติระหว่างkและnจะไม่ส่งผลกระทบต่อประเภทโฮโมโทปีในมิติที่ต่ำกว่า 

ขอบเขตล่าง

การพิสูจน์เชิงทอพอโลยีหลายอย่างจำเป็นต้องใช้ขอบเขตล่างของการเชื่อมต่อแบบโฮโมโทปิก มี "สูตร" หลายอย่างสำหรับการพิสูจน์ขอบเขตล่างดังกล่าว

ความเหมือนกัน

ทฤษฎีบทของฮูเรวิคซ์เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อแบบโฮโมโทปิกคอนน์π(X){\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(X)}ไปยังการเชื่อมต่อเชิงโฮโมโลจีซึ่งแสดงด้วยคอนน์ชม(X){\displaystyle {\text{conn}}_{H}(X)}วิธีนี้มีประโยชน์สำหรับการคำนวณการเชื่อมต่อแบบโฮโมโทปิก เนื่องจากสามารถคำนวณกลุ่มโฮโมโลจิคัลได้ง่ายขึ้น

สมมติก่อนว่าXเป็นเซตเชื่อมต่อเชิงเดียว นั่นคือคอนน์π(X)1{\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(X)\geq 1}. อนุญาตn:=คอนน์π(X)+12{\displaystyle n:={\text{conn}}_{\pi }(X)+1\geq 2}; ดังนั้นπฉัน(X)=0{\displaystyle \pi _{i}(X)=0}สำหรับทุกคนฉัน<n{\displaystyle i<n}, และπn(X)0{\displaystyle \pi _{n}(X)\neq 0}ทฤษฎีบทของ Hurewicz [ 5 ] : 366, Thm.4.32 กล่าวว่า ในกรณีนี้ ชมฉัน~(X)=0{\displaystyle {\tilde {H_{i}}}(X)=0}สำหรับทุกคนฉัน<n{\displaystyle i<n}, และชมn~(X){\displaystyle {\tilde {H_{n}}}(X)}มีโครงสร้างเหมือนกับπn(X){\displaystyle \pi _{n}(X)}, ดังนั้นชมn~(X)0{\displaystyle {\tilde {H_{n}}}(X)\neq 0}เช่นกัน ดังนั้น:คอนน์ชม(X)=คอนน์π(X).{\displaystyle {\text{conn}}_{H}(X)={\text{conn}}_{\pi }(X).}ถ้าXไม่ใช่เส้นเชื่อมต่อแบบง่าย (คอนน์π(X)0{\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(X)\leq 0}), แล้วคอนน์ชม(X)คอนน์π(X){\displaystyle {\text{conn}}_{H}(X)\geq {\text{conn}}_{\pi }(X)}ยังคงใช้ได้อยู่ เมื่อคอนน์π(X)1{\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(X)\leq -1}เรื่องนี้เป็นเรื่องเล็กน้อย เมื่อคอนน์π(X)=0{\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(X)=0}(ดังนั้นXจึงเชื่อมต่อกันด้วยเส้นทางแต่ไม่เชื่อมต่อกันแบบง่าย) จึงต้องพิสูจน์ว่าชม0~(X)=0{\displaystyle {\tilde {H_{0}}}(X)=0}.

ความไม่เท่าเทียมอาจเป็นไปอย่างเข้มงวด: มีพื้นที่บางแห่งที่คอนน์π(X)=0{\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(X)=0}แต่คอนน์ชม(X)={\displaystyle {\text{conn}}_{H}(X)=\infty }[ 6 ]

ตามนิยาม กลุ่มโฮโมโลยีลำดับที่ kของคอมเพล็กซ์เชิงซิมพลิเชียลขึ้นอยู่กับซิมเพล็กซ์ที่มีมิติไม่เกินk + 1 เท่านั้น (ดูโฮโมโลยีเชิงซิมพลิเชียล ) ดังนั้น ทฤษฎีบทข้างต้นจึงบ่งชี้ว่าคอมเพล็กซ์เชิงซิมพลิเชียลKเป็น แบบ k-เชื่อมต่อก็ต่อเมื่อโครง ร่างมิติ ( k + 1) ของมัน (เซตย่อยของKที่มีเฉพาะซิมเพล็กซ์ที่มีมิติไม่เกินk + 1 เท่านั้น) เป็น แบบ k-เชื่อมต่อ[ 1 ] : 80, Prop.4.4.2

เข้าร่วม

ให้KและLเป็นคอมเพล็กซ์เซลล์ ที่ไม่ว่างเปล่า โดยทั่วไปแล้ว การเชื่อมต่อของคอมเพล็กซ์ทั้งสองจะใช้สัญลักษณ์ แทนด้วยเค*แอล{\displaystyle K*L}จากนั้น: [ 1 ] : 81, ข้อเสนอ 4.4.3คอนน์π(เค*แอล)คอนน์π(เค)+คอนน์π(แอล)+2.{\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(K*L)\geq {\text{conn}}_{\pi }(K)+{\text{conn}}_{\pi }(L)+2.}

เอกลักษณ์นี้จะง่ายขึ้นเมื่อใช้สัญลักษณ์อีตา: ηπ(เค*แอล)ηπ(เค)+ηπ(แอล).{\displaystyle \eta _{\pi }(K*L)\geq \eta _{\pi }(K)+\eta _{\pi }(L)} ยกตัวอย่างเช่น สมมติว่าเค=แอล=เอส0={\displaystyle K=L=S^{0}=}จุดสองจุดที่ไม่เชื่อมต่อกัน มีช่องว่าง 1 มิติอยู่ระหว่างจุดทั้งสอง ดังนั้นค่า eta จึงเท่ากับ1การเชื่อมต่อเค*แอล{\displaystyle K*L}เป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส ซึ่งมีโครงสร้างสมมาตรกับวงกลม ดังนั้นค่า eta ของมันจึงเท่ากับ2 การเชื่อมต่อของรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสนี้กับ Kอีกหนึ่งรูปจะได้รูปทรงแปดเหลี่ยมซึ่งมีโครงสร้างสมมาตรกับเอส2{\displaystyle S^{2}}และค่า eta ของมันคือ 3 โดยทั่วไป การรวมกันของ สำเนา nชุดของเอส0{\displaystyle S^{0}}เป็นโฮโมมอร์ฟิกกับเอสn1{\displaystyle S^{n-1}}และค่า eta ของมันคือn

การพิสูจน์โดยทั่วไปนั้นอิงตามสูตรที่คล้ายกันสำหรับการเชื่อมต่อเชิงโฮโมโลจี

เส้นประสาท

ให้K ,..., K เป็นคอมเพล็กซ์เชิงซิมพลิเชียลนามธรรมและใช้สัญลักษณ์K แทนการรวมกันของ คอมเพล็กซ์ เหล่านี้

ให้Nแทนกลุ่มเส้นประสาทของ { K , ... , K } (กลุ่มนามธรรมที่บันทึกรูปแบบการตัดกันของK )

ถ้าสำหรับแต่ละช่องที่ไม่ว่างเปล่าเจฉัน{\displaystyle J\subset I}จุดตัดฉันเจยูฉัน{\textstyle \bigcap _{i\in J}U_{i}}ถ้ากลุ่มโฮโมโทปี N ว่างเปล่าหรือเชื่อมต่อด้วย ( k − | J | + 1) แล้วสำหรับทุกjkกลุ่มโฮโมโทปีที่jของNจะสมสัณฐานกับกลุ่มโฮโมโทปีที่jของK

โดยเฉพาะ อย่างยิ่ง Nจะ เชื่อมต่อ kก็ต่อเมื่อKเชื่อมต่อk [ 7 ] :ทฤษฎีบท 6

หลักการโฮโมโทปี

ในโทโพโลยีเชิงเรขาคณิตกรณีที่การรวมพื้นที่ที่กำหนดทางเรขาคณิต เช่น พื้นที่ของการฝังตัว เกิดขึ้นเอ็มเอ็น,{\displaystyle M\to N,}ไปสู่ปริภูมิเชิงทอพอโลยีทั่วไปมากขึ้น เช่น ปริภูมิของแผนที่ต่อเนื่องทั้งหมดระหว่างปริภูมิสองปริภูมิที่เกี่ยวข้องกันX(เอ็ม)X(เอ็น),{\displaystyle X(M)\to X(N),}ว่ากันว่ากราฟที่เชื่อมต่อกัน n จุด นั้นสอดคล้องกับหลักการโฮโมโทปีหรือ "หลักการ h" มีเทคนิคทั่วไปที่มีประสิทธิภาพหลายอย่างสำหรับการพิสูจน์หลักการ h

ดูเพิ่มเติม

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Homotopical_connectivity&oldid=1317039036 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การเชื่อมต่อโฮโมโทปิคอล

ใน โทโพโลยีเชิงพีชคณิตการเชื่อมต่อแบบโฮโมโทปิกเป็นคุณสมบัติที่อธิบายปริภูมิโทโพโลยีโดยอาศัยมิติของรูในปริภูมินั้น โดยทั่วไป...

นิยามโดยใช้รู

คำ จำกัดความทั้งหมดด้านล่างนี้พิจารณาจากปริภูมิเชิงทอพอโลยี X

ตัวอย่าง

รูสองมิติ (รูที่มีขอบเขตหนึ่งมิติ) รูสองมิติ (รูที่มีขอบเขตหนึ่งมิติ) คือวงกลม (S 1 ) ใน X ที่ไม่สามารถหดตัวอย่างต่อเนื่องไปยังจุดหนึ่งใน X ได้ ตัวอย่างแสดงในรูปทางด้านขวา บริเวณสีเหลืองคือปริภูมิเชิงทอพอโลยี X...

การเชื่อมต่อแบบโฮโมโทปิกของทรงกลม

โดยทั่วไป สำหรับจำนวนเต็ม d ทุก ตัว คอนน์ π ( เอส ง ) = ง − 1 {\displaystyle {\text{conn}}_{\pi }(S^{d})=d-1} (และ η π ( เอส ง ) = ง + 1 {\displaystyle \eta _{\pi }(S^{d})=d+1} ) [ 1 ] : 79, ทฤษฎีบท 4.3.2 การพิสูจน์ต้องใช้สองทิศทาง: