贝蒂数
代数拓扑学领域术语
代数拓扑学中,拓扑空间之贝蒂数 是一族重要的不变量,取值为非负整数或无穷大。
介绍
代数拓扑学中,拓扑空间之贝蒂数 是一族重要的不变量,取值为非负整数或无穷大。直观地看,是连通成分之个数, 是沿着闭曲线剪开空间而保持连通的最大剪裁次数。更高次的可藉同调群定义。
“贝蒂数”一词首先由庞加莱使用,以意大利数学家恩里科·贝蒂命名。
定义
空间 X的第k个贝蒂数(k为非负整数)定义为
上式的同调群可以任意域为系数。
例子
(1)圆环S1的贝蒂数依次为。
(2)二维环面的贝蒂数依次为 。
(3)三维环面的贝蒂数依次为。
(4)一般而言,n维环面的贝蒂数由二项式系数给出,此命题可透过下节叙述的性质证明。
(5)无穷维空间可以有无穷多个非零的贝蒂数,例如无穷维复射影空间的贝蒂数依次为(周期为二)。
性质
闭曲面的第一个贝蒂数描述了曲面上的“洞”数。环面之 ;一般而言,闭曲面的等于“洞”或“把手”个数之两倍。可定向紧闭曲面可由其完全分类。
有限单纯复形CW复形的贝蒂数有限。当 k 大于复形维度时,。
对于有限 CW 复形,定义其庞加莱多项式为贝蒂数的生成函数
对于任意 X,Y,有
对于n-维可定向闭流形X,庞加莱对偶定理给出贝蒂数的对称性
贝蒂数与微分形式
微分几何及微分拓扑中,所论的空间 X通常是闭流形,此时拓扑不变量可以由源自流形微分结构的微分形式计算。具体言之,考虑复形
其中 表k次微分形式构成的向量空间,d为外微分。则
这是德拉姆上同调理论的简单推论。
德拉姆上同调的不便之处,在于它考虑的是微分形式的等价类,其间可差一个 之元素。设流形X具有黎曼度量,则可以定义微分形式的“长度”。我们若尝试以变分法在等价类中找最短元素,透过形式计算可知存在唯一最短元素,且为调和形式:,在此拉普拉斯算子依赖于流形的度量,在局部座标系下可表为椭圆偏微分算子。这套想法催生的霍奇理论在复几何中扮演关键角色。
参考资料
最新修订时间:2022-09-23 09:48
目录
概述
介绍
定义
例子
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