อ่าน 10 นาที
ทฤษฎีบทการประมาณเชิงซิมพลิเชียล
ในทางคณิตศาสตร์ทฤษฎีบทการประมาณค่าเชิงซิมพลิเชียลเป็นผลลัพธ์พื้นฐานสำหรับโทโพโลยีเชิงพีชคณิตซึ่งรับประกันว่าการแมปแบบต่อเนื่องสามารถประมาณค่าได้ (โดยการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย)...
ทฤษฎีบทการประมาณเชิงซิมพลิเชียล
ในทางคณิตศาสตร์ทฤษฎีบทการประมาณค่าเชิงซิมพลิเชียลเป็นผลลัพธ์พื้นฐานสำหรับโทโพโลยีเชิงพีชคณิตซึ่งรับประกันว่าการแมปแบบต่อเนื่องสามารถประมาณค่าได้ (โดยการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย) ด้วยการแมป แบบ แบ่งส่วนที่เรียบง่ายที่สุด ทฤษฎีบทนี้ใช้ได้กับการแมประหว่างปริภูมิที่สร้างขึ้นจากซิมเพล็กซ์นั่นคือคอมเพล็กซ์เชิงซิมพลิ เชียลจำกัด การแมปแบบต่อเนื่องทั่วไประหว่างปริภูมิเหล่านี้สามารถแสดงได้โดยประมาณด้วยการแมปประเภทที่เป็นเชิงเส้น ( เชิงเส้น แบบแอฟฟิน ) บนแต่ละซิมเพล็กซ์ไปยังอีกซิมเพล็กซ์หนึ่ง โดยมีค่าใช้จ่าย (i) การแบ่งย่อยแบบแบรีเซนทริก ที่เพียงพอ ของซิมเพล็กซ์ของโดเมน และ (ii) การแทนที่การแมปจริงด้วยการแมปแบบโฮ โมโท ปิก
ทฤษฎีบทนี้ได้รับการพิสูจน์ครั้งแรกโดยLEJ Brouwerโดยใช้ทฤษฎีบทการครอบคลุมของ Lebesgue (ผลลัพธ์ที่อิงจากความกะทัดรัด ) ทฤษฎีบทนี้ช่วยวาง รากฐานที่เข้มงวดให้กับ ทฤษฎีโฮโมโลยีในยุคนั้น—ทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 20—เนื่องจากแสดงให้เห็นว่าผลกระทบทางโทโพโลยี (ต่อกลุ่มโฮโมโลยี ) ของการแมปแบบต่อเนื่องสามารถแสดงออกมาใน รูป แบบจำกัดได้ ในบางกรณี สิ่งนี้ต้องพิจารณาควบคู่ไปกับความเข้าใจในขณะนั้นว่าความต่อเนื่องโดยทั่วไปเข้ากันได้กับความผิดปกติในบางด้าน อาจกล่าวได้ว่านี่เป็นจุดเริ่มต้นของยุค โทโพโล ยี เชิงการจัดเรียง
นอกจากนี้ยังมีทฤษฎีบทการประมาณเชิงซิมพลิเชียลเพิ่มเติมสำหรับโฮโมโทปีซึ่งระบุว่าโฮโมโทปีระหว่างการแมปแบบต่อเนื่องสามารถประมาณได้ด้วยเวอร์ชันเชิงคอมบินาทอริกเช่นกัน
คำแถลง
รูปแบบพื้นฐานของทฤษฎีบทมีดังต่อไปนี้:
ทฤษฎีบท— [ 1 ]ให้เป็นคอมเพล็กซ์เชิงซิมพลิเชียล สองตัว ถ้าเป็นแผนที่ต่อเนื่อง แล้วจะมีการแบ่งย่อยของและแผนที่เชิงซิมพลิเชียลซึ่งการรับรู้ทางเรขาคณิตเป็นแบบโฮโมโทปิกกับ
นอกจากนี้ ถ้าเป็นการแมปแบบฐานระหว่างปริภูมิที่มีจุดกำหนดแล้วโฮโมโทปีก็สามารถถือได้ว่าเป็นแบบฐานเช่นกัน
โดยสรุป ทฤษฎีบทนี้กล่าวว่า แผนที่ต่อเนื่องใดๆ ระหว่างคอมเพล็กซ์เชิงซิมพลิเชียล คือ การรับรู้ทางเรขาคณิตของแผนที่เชิงซิมพลิเชียล โดยพิจารณาถึงโฮโมโทปีและการแบ่งย่อย
นี่คือสูตรที่แม่นยำยิ่งขึ้น การแมปเชิงซิมพลิเชียลเรียกว่าการประมาณเชิงซิมพลิเชียลของ ถ้า สำหรับทุกจุดใน เป็นสมาชิกของซิ มเพล็กซ์ปิดขั้นต่ำของที่มี[ 2 ]
ถ้าเป็นการประมาณเชิงซิมพลิเชียลของแผนที่แล้วการรับรู้ทางเรขาคณิตของจะต้องเป็นโฮโมโทปีกับ;ในความเป็นจริง โฮโมโทปีจะกำหนดโดย[ 3 ]
ทฤษฎีบทการประมาณเชิงซิมพลิเชียลกล่าวว่า เมื่อกำหนดแผนที่จะมีจำนวนธรรมชาติ อยู่จำนวนหนึ่งซึ่งสำหรับทุกจะมีการประมาณเชิงซิมพลิเชียลอยู่
โดยที่หมายถึงการแบ่งย่อยแบบแบรีเซนทริกของและหมายถึงผลลัพธ์ของการใช้การแบ่งย่อยแบบแบรีเซนทริกจำนวนครั้ง อันที่จริง การพิสูจน์ทฤษฎีบทแสดงให้เห็นว่ามีจำนวนจริงที่ขึ้นอยู่กับและ(ไม่เพียงแค่) เช่นว่า ถ้าซิมเพล็กซ์แต่ละอันในมีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า แล้วจะมีซิมพลิเชียลประมาณค่า ของ อยู่
นอกจากนี้ ถ้าเป็นแผนที่ต่อเนื่องเชิงบวกแล้ว จะมีการแบ่งย่อยของและแผนที่เชิงซิมพลิเชียลที่ทำให้เป็นโฮโมโทปีแบบ -กับ; กล่าวคือ มีโฮโมโทปีจากไปยังที่ทำให้สำหรับทุกดังนั้น เราอาจพิจารณาทฤษฎีบทการประมาณเชิงซิมพลิเชียลว่าเป็นอนาล็อกเชิงเส้นแบบแบ่งส่วนของทฤษฎีบทการประมาณของวิทนีย์
แอปพลิเคชัน
ต่อไปนี้คือตัวอย่างการใช้งานทั่วไปบางส่วน
อันที่จริงแล้ว เมื่อกำหนดแผนที่ แล้ว แผนที่นั้นจะสมมูลกับแผนที่เชิงซิมพลิเชียลอย่างไรก็ตาม ด้วยเหตุผลเรื่องมิติไม่สามารถแมปไปยัง ซิมเพล็กซ์ nมิติได้ กล่าวคือไม่ใช่ฟังก์ชันทั่วถึง ดังนั้นภาพที่ได้จึงอยู่ในเซตย่อยที่หดตัวได้ และสมมูลกับแผนที่คงที่ (กล่าวอย่างเคร่งครัดแล้ว ในที่นี้ใช้ทฤษฎีบทการประมาณเชิงซิมพลิเชียลแบบอิงฐาน)
ต่อไปนี้เป็นอีกหนึ่งตัวอย่างการใช้งานที่สำคัญกว่า แต่ก็เป็นตัวอย่างทั่วไปเช่นกัน
- ( ทฤษฎีบทจุดตรึงของเลฟเชตซ์ ) สำหรับแมนิโฟลด์กระชับหรือคอมเพล็กซ์ CW จำกัดถ้าเทรซของแผนที่(ดูด้านล่าง) ไม่เป็นศูนย์แสดงว่ามีจุดตรึงอยู่
ในที่นี้ สำหรับฟิลด์หนึ่งร่องรอยของการแมปคือตัวเลข (ซึ่งเป็นองค์ประกอบในฟิลด์นั้น)
ซึ่งเป็นจำนวนจำกัด เนื่องจากXมีมิติจำกัด
โครงร่างการพิสูจน์ : [ 4 ]เราถือว่าไม่มีจุดคงที่และจะแสดงให้เห็นว่าร่องรอยของมันเป็นศูนย์
ขั้นตอนที่ 1 : ลดรูปเหลือกรณีที่Xคือการสร้างทางเรขาคณิตของคอมเพล็กซ์เชิงซิมพลิเชียล กล่าวคือ.
อันที่จริงXในที่นี้เป็นที่รู้จักกันว่าเป็น ENR ซึ่งเป็นการหดตัวของย่านใกล้เคียงแบบยุคลิดดังนั้นจึงมีการหดตัวจากคอมเพล็กซ์เชิงซิมพลิเชียลและมีเซตของจุดตรึงที่เหมือนกันทุกประการกับดังนั้นเราจึงสามารถแทนที่ด้วยได้
ขั้นตอนที่ 2 :
นี่คือการคำนวณทางพีชคณิตเชิงเส้น
ขั้นตอนที่ 3 : แบ่งย่อยเพื่อให้มีการประมาณเชิงซิมพลิเชียลสำหรับและสังเกตว่ามันไม่ตัดกับซิมเพล็กซ์ในความหมายด้านล่าง (เราจะเขียนแทนทั้งและการรับรู้ทางเรขาคณิตของมัน)
เนื่องจากไม่มีจุดตรึงและเป็นเซตกระชับ เราจึงได้. เมื่อแทนที่ด้วยการปรับปรุงโดยไม่เสียความเป็นทั่วไป เราจะถือว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของแต่ละซิมเพล็กซ์ในคือ; โปรดทราบว่านี่ไม่ใช่เรื่องการประมาณเชิงซิมพลิเชียล
ให้เป็นส่วนย่อยที่ทำให้การประมาณเชิงซิมพลิเชียลมีอยู่ จากนั้น ตามนิยามของการประมาณเชิงซิมพลิเชียล สำหรับแต่ละในจะเป็นของซิมเพล็กซ์ปิดเดียวกัน ดังนั้น ตามสมมติฐานเบื้องต้น
มีรายละเอียดดังนี้:
ดังนั้น สำหรับซิมเพล็กซ์ (ปิด) แต่ละตัว ใน
ขั้น ตอน สุดท้าย
สมมติว่าเซตนั้นปิดทางพีชคณิตโดยไม่เสียความเป็นทั่วไป เส้นทแยงมุมของรูปแบบแคนอนิกจอร์แดนของเซตนั้นประกอบด้วยศูนย์ทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผลรวมของเส้นทแยงมุมนั้นเป็นศูนย์ จากนั้นโดยการใช้ขั้นตอนที่ 2 กับเซตนั้นเราก็เสร็จสิ้นแล้วเนื่องจากความไม่แปรเปลี่ยนของโฮโมโทปีของโฮโมโลยี
การพิสูจน์
แหล่งที่มา: [ 5 ]
แนวคิดของการพิสูจน์นั้นค่อนข้างเข้าใจง่าย กล่าวคือ หากมีจุดยอดจำนวนมากพอและกระจายตัวอย่างสุ่มเพียงพอแล้ว บนซิมเพล็กซ์แต่ละอัน แผนที่ต่อเนื่องสามารถประมาณได้ด้วยแผนที่เชิงเส้นแบบแบ่งส่วน ดังนั้นจึงสามารถประมาณได้ในระดับสากล
กล่าวคือ ให้แทนดาวเปิดของ; นั่นคือ การรวมกันของซิมเพล็กซ์แบบเปิดสัมพัทธ์ทั้งหมดที่บรรจุ ไว้ในส่วนปิด โปรดทราบว่า คือส่วนเติมเต็มของการรวมกันของซิมเพล็กซ์ทั้งหมดที่ไม่ทับซ้อนกับ; โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คือเซตย่อยแบบเปิด และดังนั้นจุดยอด ก่อให้เกิดการคลุมแบบเปิดของให้เป็นจำนวนเลเบสของการคลุมแบบเปิดนี้ นั่นคือ จำนวนจริงบวก เช่น ถ้าเป็นเซตย่อยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแล้วจะบรรจุอยู่ในเซตเปิดบางเซตในการคลุม
ทีนี้ ให้เป็นการปรับปรุงเพิ่มเติมของโดยมีคุณสมบัติว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของแต่ละซิมเพล็กซ์ในมีค่าน้อยกว่า(ดูด้านล่างสำหรับวิธีการหาการปรับปรุงเพิ่มเติมดังกล่าว) ดังนั้น เส้นผ่านศูนย์กลางของจึงมีค่าน้อยกว่าเนื่องจากสำหรับแต่ละในดังนั้น สำหรับแต่ละจุดยอดเราจะได้หรือ
สำหรับจุดยอดบางจุดให้แทนจุดยอดดังกล่าวบางจุดแล้วเป็นแผนที่ระหว่างเซตของจุดยอด เราสังเกตว่าขยายโดยความเป็นเชิงเส้นไป ยัง กล่าว คือ มันแมปซิมเพล็กซ์ไปยังซิมเพล็กซ์สำหรับแต่ละเซตของจุดยอดของซิมเพล็กซ์ใน ส่วนนูนจะเป็นซิมเพล็กซ์ (ปิด) ในสำหรับแต่ละเซตของจุดยอดของซิมเพล็กซ์ในจะมีซิมเพล็กซ์แบบเปิดสัมพัทธ์ใน ซึ่งส่วนปิดของมันประกอบด้วย จุดยอด ทั้งหมด ของ อาจมีการซ้ำกันได้
ตอนนี้ เงื่อนไขสุดท้ายข้างต้นเป็นจริง เนื่องจากเมื่อกำหนดเซตของจุดยอดของซิมเพล็กซ์ในเราจะได้ว่า:
จากนั้นเราจะได้แผนที่ (ต่อเนื่องที่จำเป็น) ต่อไป สำหรับแต่ละในเป็นสมาชิกของซิมเพล็กซ์แบบเปิดสัมพัทธ์ที่ไม่ซ้ำกันในให้เป็นการรวมกันแบบนูนที่มีสัมประสิทธิ์ที่ไม่เป็นศูนย์สำหรับจุดยอดบางจุดในแล้วให้สำหรับแต่ละเรามีและดังนั้น
ดังนั้น จึงเป็นของบางสิ่งที่มีการปิดล้อมซึ่งประกอบด้วยและโดยเอกลักษณ์. จากนั้นเราก็มี
ดังนั้นจึงอยู่ในซิมเพล็กซ์เดียวกันดังนั้น ถ้าเรากำหนดให้แล้วจะเป็นโฮโมโทปี
ต่อไปนี้ เราจะนำเสนอข้อโต้แย้งอย่างเข้มงวดเกี่ยวกับวิธีการค้นหาการปรับละเอียดที่ทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางของแต่ละซิมเพล็กซ์มีขนาดเล็กอย่างไม่จำกัด (แน่นอนว่าสิ่งนี้เป็นสิ่งที่เข้าใจได้ง่ายโดยสัญชาตญาณ) ข้อโต้แย้งนี้มาจากการประมาณเส้นผ่านศูนย์กลางของซิมเพล็กซ์ในการแบ่งย่อยแบบแบรีเซนทริกดังต่อไปนี้
บทพิสูจน์ย่อย—ให้เป็นซิมเพล็กซ์ แล้วซิมเพล็กซ์แต่ละตัวในการแบ่งย่อยแบบแบรีเซนทริกของจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางนอกจากนี้ การประมาณค่ามีความแม่นยำ
เนื่องจากมีค่าน้อยกว่าเราจึงสามารถทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดของซิมเพล็กซ์มีขนาดเล็กตามต้องการได้โดยการแบ่งย่อยแบบแบรีเซนทริกซ้ำๆ
พิสูจน์ : [ 6 ]โดยการสร้างซิมเพล็กซ์แต่ละอันในการแบ่งย่อยแบบแบรีเซนทริกจะมีจุดยอดในรูปแบบสำหรับโซ่ของหน้า
โดยที่ค่าเฉลี่ยเป็นด้านที่เหมาะสมของและเมื่อพิจารณาว่าประกอบด้วยจุดยอด จุดศูนย์กลางมวลของคือ
ทีนี้ เมื่อพิจารณาใบหน้าต่างๆแล้วเราจะได้ว่า:
จากนั้นนิพจน์หลังจากนั้นคือใน
โดยวงเล็บหมายถึงส่วนนูน ดังนั้น เนื่องจาก,
ซึ่งหมายความว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของ นั้นอยู่ภายในขอบเขตที่กล่าวอ้างไว้
สุดท้ายนี้ เพื่อให้เห็นว่าการประมาณค่าไม่สามารถปรับปรุงให้ดีขึ้นได้ โปรดสังเกตก่อนว่า: สำหรับจุดยอดของ,
ดังนั้น ตัวอย่างเช่น ถ้าเป็นซิมเพล็กซ์ 2 มิติที่มีจุดยอด n จุดอัตราส่วนจะเข้า ใกล้ศูนย์ เมื่อn เข้าใกล้ศูนย์ การให้เหตุผลที่คล้ายกันนี้ใช้ได้กับมิติที่สูงกว่าด้วย
อ่านเพิ่มเติม
- Raphaël Tinarrage, การประมาณเชิงซิมพลิเชียลสำหรับคอมเพล็กซ์ CW ในทางปฏิบัติ, https://arxiv.org/pdf/2112.07573
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ทฤษฎีบทการประมาณเชิงซิมพลิเชียล
ในทางคณิตศาสตร์ทฤษฎีบทการประมาณค่าเชิงซิมพลิเชียลเป็นผลลัพธ์พื้นฐานสำหรับโทโพโลยีเชิงพีชคณิตซึ่งรับประกันว่าการแมปแบบต่อเนื่องสามารถประมาณค่าได้ (โดยการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย)...
แอปพลิเคชัน
ต่อไปนี้คือตัวอย่างการใช้งานทั่วไปบางส่วน
อ่านเพิ่มเติม
Raphaël Tinarrage, การประมาณเชิงซิมพลิเชียลสำหรับคอมเพล็กซ์ CW ในทางปฏิบัติ, https://arxiv.org/pdf/2112.07573 ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Simplicial_approximation_theorem&oldid=1356077516 "