艾倫伯格-斯廷羅德公理

在數學的代數拓撲學中,艾倫伯格-斯廷羅德公理()是拓撲空間的同調論的共有性質。符合這套公理的同調論的典型例子,是由塞繆爾·艾倫伯格和諾曼·斯廷羅德建立的。

同調論可以定義為符合艾倫伯格-斯廷羅德公理的函子列。這個公理化方法在1945年建立,可以用來證明只要符合公理的同調論都會有的共同結果,例如。

如果省略了其中的維數公理,那麼其餘的公理所定義的是。最早出現的廣義同調論是K-理論和。

正式定義
艾倫伯格-斯廷羅德公理用於從拓撲空間偶(X, A)範疇到阿貝爾群範疇的函子列H_n,連同稱為邊界映射的自然變換\partial : H_{i}(X, A) \to H_{i-1}(A)。(在此Hi − 1(A)是Hi − 1(A,∅)的簡記。)這套公理是:

恆同映射\mathrm{id}:(X, A) \to (X,A)在同調群中誘導的同態H_n(\mathrm{id}):H_n(X,A) \to H_n(X,A)是恆同同態。

設有空間偶的映射f:(X, A) \rightarrow (Y,B),g:(Y, B) \rightarrow (Z, C),那麼H_n(g)\circ H_n(f) = H_n(g\circ f).

設有空間偶的映射f:(X, A) \rightarrow (Y,B),那麼\partial \circ H_n(f) = H_{n-1}(f|_A) \circ \partial.

同倫:同倫的映射在同調群中誘導相同的同態。換言之,如果g:(X, A) \rightarrow (Y,B)同倫於h:(X, A) \rightarrow (Y,B),那麼其誘導同態相同:

#:H_n(g)=H_n(h):H_n(X,A) \to H_n(Y,B) 對所有n ≥ 0。

切除:設(X, A)是空間偶,UX的子集,使得U的閉包包含在A的內部之中。那麼包含映射i : (X-U, A-U) \to (X, A)在同調群中誘導的是同構。

維數:設P是單點空間,那麼H_n(P) = 0 對所有n ≠ 0。

正合:任何空間偶(X, A)經由包含映射i: A \to X和j: X \to (X, A),都在同調群中誘導出長正合序列:

#: \cdots \to H_n(A) \to^{\!\!\!\!\!\! i_} H_n(X) \to^{\!\!\!\!\!\! j_} H_n (X,A) \to^{\!\!\!\!\!\!\partial_*} H_{n-1}(A) \to \cdots.
約翰·米爾諾增加了一條公理:
: 可加性:設X = \coprod_{\alpha}{X_{\alpha}}是拓撲空間族X_{\alpha}的不交併,那麼H_n(X) \cong \bigoplus_{\alpha} H_n(X_{\alpha}).

P是單點空間,那麼H_0(P)稱為係數群

結果
同調群的一些結果可以用公理推導出,例如同倫等價空間的同調群是同構的。

一些較為簡單的空間的同調群可以直接從公理算出,比如n-球面。因此可以推導出(n-1)-球面不是n-球的收縮。用這個結果可以給出布勞威爾不動點定理的一個證明。

維數公理
如果一個同調論符合差不多所有艾倫伯格-斯廷羅德公理,但維數公理除外,便稱為'(對偶概念為廣義上同調論**)。一些重要例子在1950年代發現,例如拓撲K-理論和,都是廣義上同調論,並有與之對偶的同調論。

參看
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參考文獻

  • Samuel Eilenberg, Norman E. Steenrod, Axiomatic approach to homology theory, Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. A. 31, (1945). 117–120.
  • Samuel Eilenberg, Norman E. Steenrod, Foundations of algebraic topology, Princeton University Press, Princeton, New Jersey, 1952. xv+328 pp.
  • : Topology and Geometry, 1993, ISBN 0-387-97926-3.

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