$n$ 维单纯形 $[v_0, \\ldots, v_n]$ 的定向是顶点的排列等价类,偶排列等价,奇排列给相反定向。记作 $\\langle v_0, \\ldots, v_n \\rangle$。
定向单纯形满足:$\\langle v_0, v_1, \\ldots \\rangle = -\\langle v_1, v_0, \\ldots \\rangle$。
设 $K$ 是单纯复形。$K$ 的p维链群 $C_p(K)$ 是由定向 $p$ 维单纯形生成的自由Abel群。
元素形如 $\\sum_{\\sigma} n_\\sigma \\sigma$,其中 $n_\\sigma \\in \\mathbb{Z}$,有限和。
边缘算子 $\\partial_p: C_p(K) \\to C_{p-1}(K)$ 定义为: $$\\partial_p(\\langle v_0, \\ldots, v_p \\rangle) = \\sum_{i=0}^p (-1)^i \\langle v_0, \\ldots, \\hat{v}_i, \\ldots, v_p \\rangle$$
其中 $\\hat{v}_i$ 表示删去 $v_i$。
$\\partial_{p-1} \\circ \\partial_p = 0$
证明:计算得每对 $(i,j)$ 出现两次,符号相反。
由 $\\partial^2 = 0$,有 $B_p(K) \\subseteq Z_p(K)$。
$$H_p(K) = Z_p(K) / B_p(K) = \\ker(\\partial_p) / \\text{im}(\\partial_{p+1})$$
三角剖分:一个三角形的三条边,或两个边构成的1维复形。
$H_0(S^1) = \\mathbb{Z}$(连通)
$H_1(S^1) = \\mathbb{Z}$(1维洞)
$H_p(S^1) = 0$($p \\geq 2$)
四面体表面:4顶点、6边、4面。
$H_0 = \\mathbb{Z}$,$H_1 = 0$,$H_2 = \\mathbb{Z}$
$H_0 = \\mathbb{Z}$,$H_1 = \\mathbb{Z}^2$,$H_2 = \\mathbb{Z}$
(1) $H_p(K)$ 是Abel群(有限生成,当 $K$ 有限时)
(2) 同伦不变性:若 $||K|| \\simeq ||L||$,则 $H_p(K) \\cong H_p(L)$
(3) 切除定理:若 $A \\subseteq K$ 是子复形,适当条件下有 $H_p(K, A) \\cong H_p(K \\setminus U, A \\setminus U)$
设 $K$ 是有限单纯复形,$c_p$ 是 $p$ 维单纯形个数。则: $$\\chi(K) = \\sum_p (-1)^p c_p = \\sum_p (-1)^p \\text{rank}(H_p(K))$$
习题 14.1 验证 $\\partial^2 = 0$。
习题 14.2 计算 $S^n$ 的单纯同调群。
习题 14.3 计算 $\\mathbb{R}P^2$ 的同调群(用 $\\mathbb{Z}$ 和 $\\mathbb{Z}/2$ 系数)。
习题 14.4 证明:$H_0(K) = \\mathbb{Z}^{\\#\\text{连通分支}}$。
习题 14.5 计算Klein瓶的同调群。
习题 14.6 证明欧拉示性数是同伦不变量。
习题 14.7 设 $K$ 是树(无回路的连通1维复形),计算其同调群。
习题 14.8 研究Möbius带的同调群。
习题 14.9 证明:$H_p(K) \\cong H_p(K')$(重心重分不改变同调)。
习题 14.10 计算 $n$ 叶玫瑰线的同调群。