MathLabs
Định lýĐã chứng minh

Dãy khớp dài trong đồng điều

Phát biểu

Cho một dãy khớp ngắn các phức hợp dây chuyền 0→A′→A→A′′→00 \to A' \to A \to A'' \to 0 (nghĩa là 0→An′→An→An′′→00 \to A'_n \to A_n \to A''_n \to 0 khớp với mọi nn, tương thích với các vi phân), tồn tại một dãy khớp dài các mô-đun đồng điều ⋯→Hn(A′)→Hn(A)→Hn(A′′)→∂Hn−1(A′)→⋯\cdots \to H_n(A') \to H_n(A) \to H_n(A'') \xrightarrow{\partial} H_{n-1}(A') \to \cdots, trong đó đồng cấu nối ∂:Hn(A′′)→Hn−1(A′)\partial: H_n(A'') \to H_{n-1}(A') là một ánh xạ được định nghĩa một cách chính tắc.

Vì sao đúng?

Đây là công cụ tính toán hữu ích nhất trong đại số đồng điều: nó cho phép tính đồng điều của một đối tượng phức tạp AA từ đồng điều của hai mảnh đơn giản hơn A′A' và A′′A'', với cái giá là phải hiểu một ánh xạ nối. Mọi dãy khớp dài dùng trong thực tế (Mayer–Vietoris, định lý hệ số phổ dụng, các ứng dụng của bổ đề năm) đều là một trường hợp của định lý này.

Phác thảo chứng minh

Bước 1 (dựng ∂\partial). Cho [a′′]∈Hn(A′′)[a''] \in H_n(A'') với đại diện chu trình a′′∈An′′a'' \in A''_n, d(a′′)=0d(a'')=0. Vì An→An′′A_n \to A''_n toàn ánh, nâng a′′a'' lên thành một a∈Ana \in A_n nào đó. Khi đó d(a)∈And(a) \in A_n ánh xạ tới d(a′′)=0d(a'')=0 trong An−1′′A''_{n-1}, nên theo tính khớp d(a)=ι(a′)d(a) = \iota(a') với một a′∈An−1′a' \in A'_{n-1} duy nhất (dùng tính đơn ánh của ι:A′→A\iota: A' \to A). Đặt ∂[a′′]:=[a′]\partial[a''] := [a'].

Bước 2 (a′a' là chu trình, và ∂\partial được định nghĩa tốt). Vì ι\iota đơn ánh và các ánh xạ dây chuyền giao hoán với dd, ι(da′)=d(ιa′)=d(da)=0\iota(d a') = d(\iota a') = d(d a) = 0, nên da′=0d a' = 0 và [a′][a'] thực sự là một lớp đồng điều. Nếu chọn nâng khác a~\tilde a của a′′a'', thì a~−a\tilde a - a ánh xạ tới 00 trong An′′A''_n, nên a~−a=ι(c)\tilde a - a = \iota(c) với c∈An′c \in A'_n nào đó; khi đó hai lớp thu được trong Hn−1(A′)H_{n-1}(A') chênh nhau [d(c)]=0[d(c)] = 0. Kiểm tra tương tự cho thấy ∂\partial không phụ thuộc đại diện chu trình của [a′′][a''] (thay a′′a'' bằng a′′+d(b′′)a'' + d(b'') làm aa thay đổi bởi một biên, do đó a′a' cũng thay đổi bởi một biên).

Bước 3 (khớp tại Hn(A)H_n(A) và Hn(A′′)H_n(A'')). Tính khớp tại Hn(A)H_n(A) (ảnh của Hn(A′)→Hn(A)H_n(A')\to H_n(A) bằng nhân của Hn(A)→Hn(A′′)H_n(A)\to H_n(A'')) và tại Hn(A′′)H_n(A'') (ảnh của Hn(A)→Hn(A′′)H_n(A)\to H_n(A'') bằng nhân của ∂\partial) đều suy ra từ việc truy vết sơ đồ trực tiếp trên các đại diện, chỉ dùng ι\iota đơn ánh, ánh xạ thương toàn ánh, và im⁡ι=ker⁡(quotient)\operatorname{im}\iota = \ker(\text{quotient}) ở mức dây chuyền — cùng kiểu lập luận như Bước 1–2, áp dụng từng bậc một.

Bước 4 (khớp tại Hn−1(A′)H_{n-1}(A')). Cuối cùng kiểm tra im⁡∂=ker⁡(Hn−1(A′)→Hn−1(A))\operatorname{im}\partial = \ker(H_{n-1}(A')\to H_{n-1}(A)): nếu ∂[a′′]=[a′]\partial[a'']=[a'] thì ι(a′)=d(a)\iota(a')=d(a) là một biên trong AA, nên [a′][a'] ánh xạ tới 00 trong Hn−1(A)H_{n-1}(A), cho im⁡∂⊆ker⁡\operatorname{im}\partial \subseteq \ker; ngược lại nếu ι(a′)=d(a)\iota(a')=d(a) với a∈Ana\in A_n nào đó, chạy ngược Bước 1 cho thấy a′′=a''= ảnh của aa thỏa ∂[a′′]=[a′]\partial[a'']=[a'], cho chiều bao hàm ngược lại. Điều này hoàn tất tính khớp tại mọi vị trí, và toàn bộ cách dựng chính là bổ đề con rắn cổ điển.

Chủ đề chứa định lý này

Chứng minh từng bước

Chưa có chứng minh từng bước cho định lý này.

Tài liệu tham khảo

  1. Charles A. Weibel (1994). An Introduction to Homological Algebra
  2. Henri Cartan, Samuel Eilenberg (1956). Homological Algebra
  3. Alexander Grothendieck (1957). Sur quelques points d'algèbre homologique (the Tôhoku paper) · DOI:10.2748/tmj/1178244839
  4. Bhargav Bhatt, Akhil Mathew, Thomas Nikolaus (2019). Topological Cyclic Homology · arXiv:1802.03261