常层

数学中,拓扑空间X上与集合A相关联的常层(constant sheaf)是X上的集合层,其茎全部等于A,记作\underline{A}或A_X。值为A常预层(constant presheaf)是为X的每个开子集赋A值的预层,其所有限制映射都是恒等映射A\to A。关联于A的常层是关联于A的常预层的层化。这个层等同于X上局部常的A-值函数的层。

有时,集合A可换成某范畴\textbf{C}中的对象A(如\textbf{C}是阿贝尔群范畴或交换环范畴)。

阿贝尔群的常层会作为系数出现于层上同调。

基本情形
X为拓扑空间,A为集合。常层\underline{A}在开集U上的截面可解释为连续函数U\to A,其中A具有离散拓扑。若U连通,则这些局部常函数就是常的。若f:X\to\{\text{pt}\}是到单点空间的唯一映射,A被视作\{\text{pt}\}上的层,则逆像f^{-1}A是X上的常层\underline{A}。\underline{A}的层空间是射影映射A(其中X\times A\to X被赋予离散拓扑)。

详细例子
X是两点pq组成的拓扑空间,具有离散拓扑。X有4个开集:\varnothing, \{p\}, \{q\}, \{p,q\}。图中显示了X的开集的5个非平凡包含。
X上的预层为X的每个开集选择一个集合,并为9个包含(5个非平凡,4个平凡)的每个选择一个限制映射。值为\textbf{Z}的常预层(将表为F)选择4个集合均为\textbf{Z}(整数集)、选择9个限制映射均为恒等映射。F是函子,因此也是预层,因为它是常的;其满足胶合公理,但不是层,因为在空集上局部恒等公理失效——空集被空集族覆盖:空集上F的任意两截面限制到空集族的任何集合都相等。因此,局部恒等公理意味着F在空集上的任意两截面都相等,但实际上并非如此。

类似地,在空集上满足局部恒等公理的预层G的构造如下。设G(\varnothing)=0,其中0是单元集。在非空集合上,为G赋值\textbf{Z}。对开集的每个包含,若较小的集合是空的,则G返回到0的唯一映射;否则,返回\textbf{Z}上的恒等映射。

注意:由于空集的局部恒等公理,所有涉及空集的限制映射都是无趣的。这适用于任何满足空集局部恒等公理的预层,尤其适用于任何层。
G是分离预层(即满足局部恒等公理),但不满足胶合公理,这与F不同。\{p,q\}被两开集\{p\},\ \{q\}覆盖,交为空。\{p\}或\{q\}上的截面是\textbf{Z}的元素,即是一个数。选择\{p\}上的截面m、\{q\}上的截面n,假定m\neq n;由于mn在\varnothing上限制于同一个元素0,胶合公理要求在G(\{p,q\})上存在唯一截面s,其在\{p\}上限制到m,在\{q\}上限制到n。但由于\{p,q\}到\{p\}的限制映射是恒等映设,所以s=m,\ s=n,于是有m=n,自相矛盾。

G(\{p,q\})太小了,无法同时携带\{p\}、\{q\}的信息。设H(\{p,q\})=\mathbf{Z}\otimes\mathbf{Z},就可以将其放大以满足胶合公理。令\pi_1、\pi_2为两射影映射\mathbf{Z}\otimes\mathbf{Z}\to\mathbf{Z};定义H(\{p\})=\text{im}(\pi_1)=\mathbf{Z},H(\{q\})=\text{im}(\pi_2)=\mathbf{Z}。对剩下的开集和包含,令H=G。HX上的常层,值为\textbf{Z}。由于\textbf{Z}是环,且所有限制映射都是环同态,所以H是交换环层。

另见
*局部常层

参考文献
*Section II.1 of
*Section 2.4.6 of

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