有向单形(oriented simplex)是建立同调群的重要概念。一个q维单形,它的q+1个顶点有(q+1)!个不同次序的排列,当q>0时,这些排列可分成两组,同组的任意两个排列相差偶数个对换,不同组的任意两个排列相差奇数个对换,这两组排列称为此单形的两个定向,换言之,根据顶点次序是奇排列还是偶排列分成两组,称为q的两个定向,并且称为互为相反的定向,指定一个定向的单形称为有向单形。
基本介绍
一个 维单形 ,它的 个顶点有 个不同次序的排列,当 时,这些排列可分成两组,同组的任意两个排列相差偶数个对换,不同组的任意两个排列相差奇数个对换,这两组排列称为单形 的两个定向。换言之,根据顶点次序是奇排列还是偶排列分成两组,称为 的两个定向,并且称为互为相反的定向。
指定一个定向的单形称为有向单形。例如,排列 与 就确定了 的两个相反定向,相应的两个有向单形分别记为 与 ,若把一个记为 ,则另一个就记为 ,对于零维单形只有一个顶点,为统一起见用 表示它的两个定向,有向单形在 时分别是有向线段和有向三角形。为区别起见,原来的单形可称为无向单形。单纯复形是几何对象,而群是代数对象,从复形过渡到它的同调群,关键是
单形的定向与边缘算子这两个概念。
相关定义与定理
设 是Rn中的点,若 具有
线性关系,则说明这一组点占有最广的位置。当 时就是一个点,自然此点占有最广位置。
单纯形
设 是Rn中占有最广位置的 点,而 ,则我们称点 的集合
为q维
单纯形,简称q维
单形, 称为 顶点,故常将 记作 ,而系数 称为此单纯形的重心坐标。
定义 对于q维单形 ,称 的( )个顶点中的 个点 所构成的 维单形 为 的一个r维面, 的0维面就是顶点,把1维面称为棱。
例1 考虑3维单形,对于点,就有,
例如,维面,为棱,为面,为体,如图1所示。
有向单形与无向单形
当 时, 的 点有 个排列,它们决定同一个 ,这样的单形 被称为无向单形,在 排列中,有一半是偶置换,一半是奇置换,因而这两个置换等价类构成了 两个定向,指定一个定向单形称为有向单形,简记“”=,这里指顶点次序为的有向单形;另一个定向单形记作“”=,以单纯形作为构件,可以组成单纯复合形、多面体和链。
单纯复合形(复形)
如果或是一个公共面,则单形和是规则相处的,如图2所示,否则是不规则相处的,如图3所示。
设W是Rn中有限个单形集合,如果W满足下列两个条件:
(1)如果,的任一面也属于W;
(2)W的任意两个单形和规则相处,
则称W为单纯复合形,简称为复形,如图4所示;否则是非复形,如图5所示。
有向单形的基本组
设W是一个n维复形,它的全体无向单形
都己任意地规定了一个定向,这里为W中q维单形的个数,这样,得到一组有向单形
上式称为W的有向单形的基本组。
链
设为n维复形W的一个基本组,对于,形式地定义
称为W的一个q维链。
1维链可看作是有向的折线。
链边界
如果把边界算子扩展到有向单形和复形上去,则有下面的链边界。
定义 对于任意q维有向单形,我们定义()维链:
称之为的边界链或简称边界。式中表示缺这一点,也可以把扩展到W的q维链上去,定义W的任意q维链的边界为
由此可见,边界算子建立了链群到的一个同态: