शीफ कोहोलॉजी

गणित में, शीफ कोहोलॉजी टोपोलॉजिकल स्पेस पर शीफ (गणित) के वैश्विक वर्गों का विश्लेषण करने के लिए होमोलॉजिकल बीजगणित का अनुप्रयोग है। व्यापक रूप से बोलते हुए, शीफ कोहोलॉजी विश्व स्तर पर ज्यामितीय समस्या को समाधान करने के लिए बाधाओं का वर्णन करती है, जब इसे स्थानीय रूप से समाधान किया जा सकता है। शेफ कॉहोलॉजी के अध्ययन के लिए केंद्रीय कार्य ग्रोथेंडिक का 1957 तोहोकू पेपर है।

ऑस्ट्रिया में ऑफलाग XVII-A के कैदी-ऑफ-वॉर कैंप में जॉन लेरे द्वारा शेव्स, शीफ कोहोलॉजी और वर्णक्रमीय अनुक्रम प्रस्तुत किए गए थे। 1940 से 1945 तक, लेरे और अन्य कैदियों ने शिविर में विश्वविद्यालय का आयोजन किया था।

1950 के दशक में लेरे की परिभाषाओं को सरल और स्पष्ट किया गया था। यह स्पष्ट हो गया कि शेफ सह-समरूपता न केवल बीजगणितीय टोपोलॉजी में कोहोलॉजी के लिए नया दृष्टिकोण था, किन्तु जटिल विश्लेषणात्मक ज्यामिति और बीजगणितीय ज्यामिति में भी शक्तिशाली विधि थी। इन विषयों में अक्सर निर्दिष्ट स्थानीय गुणों के साथ वैश्विक कार्य (गणित) का निर्माण करना सम्मिलित होता है, और शेफ कोहोलॉजी आदर्श रूप से ऐसी समस्याओं के अनुकूल होती है। रीमैन-रोच प्रमेय और हॉज सिद्धांत जैसे पहले के कई परिणाम शीफ कोहोलॉजी का उपयोग करके सामान्यीकृत या उत्तम समझे गए हैं।

परिभाषा

टोपोलॉजिकल स्पेस एक्स पर एबेलियन समूहों के शेवों की श्रेणी एबेलियन श्रेणी है, और इसलिए यह पूछने में समझ में आता है कि कब मोर्फिज्म एफ: बी → सी ऑफ शेव्स इंजेक्शन (एकरूपता) या विशेषण (अधिरूपता) है। उत्तर यह है कि f अंतःक्षेपी (क्रमशः विशेषण) है यदि और केवल यदि डंठल (शीफ) B पर संबंधित समरूपता_x → सी_x X में प्रत्येक बिंदु x के लिए अंतःक्षेपी फलन (क्रमशः आच्छादन फलन) है। यह अनुसरण करता है कि f अंतःक्षेपी है यदि और केवल यदि U पर वर्गों का समरूपता B(U) → C(U) X में प्रत्येक खुले समुच्चय U के लिए अंतःक्षेपी है। प्रक्षेपकता अधिक सूक्ष्म है, हालांकि: मोर्फिज्म एफ विशेषण है यदि और केवल अगर एक्स में प्रत्येक खुले सेट यू के लिए, यू के ऊपर सी के प्रत्येक खंड, और यू में हर बिंदु एक्स, एक्स का खुला पड़ोस (गणित) वी है U में ऐसा है कि V तक सीमित है, V के ऊपर B के कुछ खंड की छवि है। (शब्दों में: C का प्रत्येक खंड स्थानीय रूप से B के अनुभागों के लिए लिफ्ट करता है।)

नतीजतन, सवाल उठता है: शेवों का अनुमान बी → सी और एक्स पर सी का सेक्शन दिया गया है, एक्स के ऊपर बी के सेक्शन की छवि कब है? यह ज्यामिति में सभी प्रकार के स्थानीय-बनाम-वैश्विक प्रश्नों के लिए मॉडल है। शेफ कोहोलॉजी संतोषजनक सामान्य उत्तर देता है। अर्थात्, A को प्रक्षेपण B → C का कर्नेल (श्रेणी सिद्धांत) होने दें, जो संक्षिप्त सटीक अनुक्रम देता है

$0\to A\to B\to C\to 0$

X पर ढेरों की संख्या। फिर एबेलियन समूहों का लंबा सटीक क्रम होता है, जिसे शीफ कोहोलॉजी समूह कहा जाता है:

$0\to H^{0}(X,A)\to H^{0}(X,B)\to H^{0}(X,C)\to H^{1}(X,A)\to \cdots ,$

जहां एच⁰(X,A) X पर A के वैश्विक अनुभागों का समूह A(X) है। उदाहरण के लिए, यदि समूह H¹(X,A) शून्य है, तो इस सटीक अनुक्रम का तात्पर्य है कि C का प्रत्येक वैश्विक खंड B के वैश्विक खंड को उठाता है। अधिक मोटे तौर पर, सटीक अनुक्रम उच्च कोहोलॉजी समूहों के ज्ञान को लक्षित करने के लिए मौलिक उपकरण बनाता है। ढेरों के वर्गों को समझें।

शेफ कोहोलॉजी की अलेक्जेंडर ग्रोथेंडिक की परिभाषा, जो अब मानक है, होमोलॉजिकल बीजगणित की भाषा का उपयोग करती है। आवश्यक बिंदु यह है कि टोपोलॉजिकल स्पेस एक्स को ठीक किया जाए और कोहोलॉजी को एक्स पर एबेलियन समूहों के पूलों से लेकर एबेलियन समूहों तक ऑपरेटर के रूप में सोचा जाए। अधिक विस्तार से, एक्स पर एबेलियन समूहों के ढेरों से एबेलियन समूहों के लिए फंक्शनल ई ↦ ई (एक्स) से शुरू करें। यह सटीक कारक छोड़ दिया गया है, लेकिन आम तौर पर सही सटीक नहीं है। फिर समूह एचⁱ(X,E) पूर्णांकों के लिए i को functor E ↦ E(X) के सही व्युत्पन्न फ़ैक्टर के रूप में परिभाषित किया गया है। यह इसे स्वचालित बनाता है कि Hⁱ(X,E) i < 0 के लिए शून्य है, और वह H⁰(X,E) वैश्विक वर्गों का समूह E(X) है। ऊपर दिया गया लंबा सटीक क्रम भी इस परिभाषा से सीधा है।

व्युत्पन्न फंक्शनलर्स की परिभाषा का उपयोग करता है कि किसी भी टोपोलॉजिकल स्पेस एक्स पर एबेलियन समूहों के ढेरों की श्रेणी में पर्याप्त इंजेक्शन हैं; अर्थात्, प्रत्येक शीफ ई के लिए इंजेक्शन ई → आई के साथ इंजेक्शन शीफ I है। यह इस प्रकार है कि प्रत्येक शीफ ई में इंजेक्शन संकल्प (बीजगणित) होता है:

$0\to E\to I_{0}\to I_{1}\to I_{2}\to \cdots .$

फिर शीफ कोहोलॉजी समूह एचⁱ(X,E) एबेलियन समूहों की श्रृंखला परिसर के कोहोलॉजी समूह (समरूपता मॉडुलो का कर्नेल पिछले की छवि) हैं:

$0\to I_{0}(X)\to I_{1}(X)\to I_{2}(X)\to \cdots .$

होमोलॉजिकल बीजगणित में मानक तर्कों का अर्थ है कि ये कोहोलॉजी समूह ई कोलाई के इंजेक्शन संकल्प की पसंद से स्वतंत्र हैं।

शेफ कोहोलॉजी की गणना करने के लिए परिभाषा का उपयोग शायद ही कभी सीधे किया जाता है। यह फिर भी शक्तिशाली है, क्योंकि यह महान सामान्यता में काम करता है (किसी भी टोपोलॉजिकल स्पेस पर एबेलियन समूहों का कोई भी शीफ), और यह आसानी से शीफ कोहोलॉजी के औपचारिक गुणों को दर्शाता है, जैसे कि ऊपर दी गई लंबी सटीक अनुक्रम। विशिष्ट वर्गों के रिक्त स्थान या ढेरों के लिए, शीफ कोहोलॉजी की गणना के लिए कई उपकरण हैं, जिनमें से कुछ की चर्चा नीचे की गई है।

कार्यात्मकता

टोपोलॉजिकल स्पेस के किसी भी निरंतर मानचित्र f: X → Y और Y पर एबेलियन समूहों के किसी भी शीफ E के लिए, 'पुलबैक होमोमोर्फिज्म' होता है।

$f^{*}\colon H^{j}(Y,E)\to H^{j}(X,f^{*}(E))$

प्रत्येक पूर्णांक j के लिए, जहाँ f*(E) प्रतिलोम छवि शीफ या 'पुलबैक शीफ' को दर्शाता है। यदि f, Y के उप-स्थान टोपोलॉजी X का समावेश है, तो f*(E) E से X का 'प्रतिबंध' है, जिसे अक्सर फिर से E कहा जाता है, और Y से X तक खंड s के पुलबैक को प्रतिबंध s कहा जाता है |_X.

पुलबैक समरूपता का उपयोग मेयर-विएटोरिस अनुक्रम में किया जाता है, जो महत्वपूर्ण कम्प्यूटेशनल परिणाम है। अर्थात्, X को टोपोलॉजिकल स्पेस होने दें जो दो खुले उपसमुच्चय U और V का मिलन है, और E को X पर शीफ होने दें। फिर एबेलियन समूहों का लंबा सटीक क्रम है:

$0\to H^{0}(X,E)\to H^{0}(U,E)\oplus H^{0}(V,E)\to H^{0}(U\cap V,E)\to H^{1}(X,E)\to \cdots .$

निरंतर गुणांकों के साथ शीफ कोहोलॉजी

टोपोलॉजिकल स्पेस एक्स और एबेलियन ग्रुप ए के लिए, निरंतर शीफ ए_X का अर्थ है ए में मूल्यों के साथ स्थानीय रूप से स्थिर कार्यों का शीफ। शीफ कोहोलॉजी समूह एच^जे(एक्स, ए_X) निरंतर गुणांक के साथ अक्सर एच के रूप में लिखा जाता है^j(X,A), जब तक कि यह कोहोलॉजी के दूसरे संस्करण जैसे एकवचन कोहोलॉजी के साथ भ्रम पैदा न करे।

निरंतर मानचित्र f: X → Y और एबेलियन समूह A के लिए, पुलबैक शीफ़ f*(A_Y) ए के लिए आइसोमोर्फिक है_X. नतीजतन, पुलबैक होमोमोर्फिज्म टोपोलॉजिकल स्पेस से एबेलियन समूहों के लिए प्रतिपरिवर्ती संचालिका में निरंतर गुणांक के साथ शीफ कोहोलॉजी बनाता है।

किसी भी स्थान X और Y और किसी भी एबेलियन समूह A के लिए, X से Y तक के दो होमोटोपिक मानचित्र f और g, शीफ कोहोलॉजी पर समान समरूपता को प्रेरित करते हैं:

$f^{*}=g^{*}:H^{j}(Y,A)\to H^{j}(X,A).$

यह इस प्रकार है कि दो होमोटॉपी समकक्ष रिक्त स्थान में निरंतर गुणांक वाले आइसोमोर्फिक शीफ कॉहोलॉजी हैं।

X को पैराकॉम्पैक्ट स्पेस हॉसडॉर्फ स्पेस होने दें, जो स्थानीय रूप से सिकुड़ा हुआ है, यहां तक ​​​​कि कमजोर अर्थों में भी कि बिंदु x के प्रत्येक खुले पड़ोस U में x का खुला पड़ोस V होता है, जैसे कि समावेशन V → U स्थिर मानचित्र के लिए होमोटोपिक है। फिर एबेलियन समूह ए में गुणांक वाले एक्स के एकवचन कोहोलॉजी समूह निरंतर गुणांक, एच * (एक्स, ए) के साथ शीफ कोहोलॉजी के लिए आइसोमॉर्फिक हैं।_X). उदाहरण के लिए, यह एक्स के लिए टोपोलॉजिकल मैनिफोल्ड या सीडब्ल्यू कॉम्प्लेक्स है।

नतीजतन, निरंतर गुणांक वाले शीफ कोहोलॉजी की कई बुनियादी गणना एकवचन कोहोलॉजी की गणना के समान हैं। कोहोलॉजी पर लेख देखें # गोले, प्रोजेक्टिव स्पेस, तोरी और सतहों के कोहोलॉजी के लिए उदाहरण।

मनमाने ढंग से टोपोलॉजिकल रिक्त स्थान के लिए, एकवचन कोहोलॉजी और शीफ कोहोलॉजी (निरंतर गुणांक के साथ) अलग-अलग हो सकते हैं। यह एच के लिए भी होता है^{0</उप>। एकवचन कोहोलॉजी एच0(X,'Z') X के पथ घटकों के सेट से पूर्णांक 'Z' तक सभी कार्यों का समूह है, जबकि शीफ कोहोलॉजी H0(एक्स,'जेड'_X) X से 'Z' तक स्थानीय रूप से स्थिर कार्यों का समूह है। ये भिन्न हैं, उदाहरण के लिए, जब X कैंटर सेट है। दरअसल, शीफ कोहोलॉजी एच0(एक्स,'जेड'_X) उस मामले में गणनीय एबेलियन समूह है, जबकि एकवचन कोहोलॉजी एच0(X,'Z') X से 'Z' तक के सभी कार्यों का समूह है, जिसमें प्रमुखता है}

$2^{2^{\aleph _{0}}}.$

पैराकॉम्पैक्ट हॉसडॉर्फ स्पेस एक्स और एक्स पर एबेलियन समूहों के किसी भी शेफ ई के लिए, कोहोलॉजी समूह एच^j(X,E) X के आवरण आयाम से बड़े j के लिए शून्य हैं। (यह एकवचन कोहोलॉजी के लिए समान सामान्यता में नहीं है: उदाहरण के लिए, यूक्लिडियन स्पेस आर का कॉम्पैक्ट जगह सबसेट है³ जिसमें असीमित रूप से कई डिग्री में शून्येतर एकवचन कोहोलॉजी है।) कवरिंग डायमेंशन टोपोलॉजिकल मैनिफोल्ड या सीडब्ल्यू कॉम्प्लेक्स के लिए डायमेंशन की सामान्य धारणा से सहमत है।

चपटी और मुलायम शीशे

टोपोलॉजिकल स्पेस एक्स पर एबेलियन समूहों के शीफ ई को 'एसाइक्लिक' कहा जाता है यदि एच^j(X,E) = 0 सभी j > 0 के लिए। शीफ कोहोलॉजी के लंबे सटीक अनुक्रम द्वारा, किसी भी शेफ के कोहोलॉजी की गणना E के किसी भी एसाइक्लिक रिज़ॉल्यूशन (इंजेक्शन रिज़ॉल्यूशन के बजाय) से की जा सकती है। इंजेक्टिव शीव्स एसाइक्लिक हैं, लेकिन कम्प्यूटेशंस के लिए एसाइक्लिक शेव्स के अन्य उदाहरणों के लिए यह उपयोगी है।

एक्स पर शीफ ई को 'फ्लैबी' (फ्रेंच: फ्लास्क) कहा जाता है यदि एक्स के खुले उपसमुच्चय पर ई के प्रत्येक खंड को एक्स के सभी पर ई के खंड तक फैलाया जाता है। फ्लैबी शीव्स चक्रीय हैं। रोजर गॉडमेंट ने शीफ कोहोलॉजी को किसी भी शीफ के देव संकल्प के माध्यम से परिभाषित किया; चूँकि पिलपिला ढेर एसाइक्लिक है, गोडेमेंट की परिभाषा उपरोक्त शीफ कोहोलॉजी की परिभाषा से सहमत है। पैराकॉम्पैक्ट हौसडॉर्फ स्पेस एक्स पर शीफ ई को 'सॉफ्ट' कहा जाता है, यदि एक्स के बंद उपसमुच्चय के लिए ई के प्रतिबंध का प्रत्येक खंड एक्स के सभी पर ई के खंड तक फैला हुआ है। प्रत्येक सॉफ्ट शीफ एसाइक्लिक है। सॉफ्ट शेव के कुछ उदाहरण हैं किसी भी पैराकॉम्पैक्ट हॉउसडॉर्फ स्पेस पर वास्तविक संख्या-मूल्यवान निरंतर कार्यों का शीफ, या चिकना समारोह का शीफ ​​(C)^∞) किसी भी चिकना कई गुना पर काम करता है। आम तौर पर, सॉफ्ट रिंग वाली जगह पर मॉड्यूल का कोई भी शीफ सॉफ्ट होता है; उदाहरण के लिए, स्मूथ मैनिफोल्ड के ऊपर वेक्टर बंडल के स्मूथ सेक्शन का शीफ ​​सॉफ्ट होता है। उदाहरण के लिए, ये परिणाम डी रम के प्रमेय के प्रमाण का हिस्सा हैं। चिकने मैनिफोल्ड X के लिए, पॉइनकेयर लेम्मा कहती है कि डी रम कॉम्प्लेक्स निरंतर शीफ 'आर' का रेजोल्यूशन है।_X:

$0\to \mathbf {R} _{X}\to \Omega _{X}^{0}\to \Omega _{X}^{1}\to \cdots ,$

जहां Ω_X^j स्मूथ डिफरेंशियल फॉर्म|j-फॉर्म्स और मैप Ω का शीफ ​​है_X^j → ओह_X^j+1 बाह्य व्युत्पन्न d है। उपरोक्त परिणामों से, ढेर Ω_X^j मुलायम होते हैं और इसलिए एसाइक्लिक होते हैं। यह इस प्रकार है कि वास्तविक गुणांक वाले एक्स के शीफ कॉहोलॉजी एक्स के डी रम कॉहोलॉजी के लिए आइसोमोर्फिक है, जिसे वास्तविक वेक्टर रिक्त स्थान के परिसर के कॉहोलॉजी के रूप में परिभाषित किया गया है:

$0\to \Omega _{X}^{0}(X)\to \Omega _{X}^{1}(X)\to \cdots .$

डी राम के प्रमेय का दूसरा भाग वास्तविक गुणांकों के साथ शीफ कोहोलॉजी और एक्स के एकवचन कोहोलॉजी की पहचान करना है; यह अधिक सामान्यता में है, जैसा कि चर्चा की गई है शीफ कोहोलॉजी#शीफ कोहोलॉजी लगातार गुणांक के साथ।

चेक कोहोलॉजी

चेक कोहोलॉजी शीफ कोहोलॉजी का अनुमान है जो अक्सर संगणना के लिए उपयोगी होता है। अर्थात्, चलो ${\mathcal {U}}$ टोपोलॉजिकल स्पेस एक्स का खुला आवरण हो, और ई को एक्स पर एबेलियन समूहों का समूह होने दें। यू के रूप में कवर में खुले सेट लिखें_i सेट I के तत्वों के लिए, और I के क्रम को ठीक करें। फिर Čech cohomology $H^{j}({\mathcal {U}},E)$ जेवें समूह के साथ एबेलियन समूहों के स्पष्ट परिसर के कोहोलॉजी के रूप में परिभाषित किया गया है

$C^{j}({\mathcal {U}},E)=\prod _{i_{0}<\cdots <i_{j}}E(U_{i_{0}}\cap \cdots \cap U_{i_{j}}).$

प्राकृतिक समरूपता है $H^{j}({\mathcal {U}},E)\to H^{j}(X,E)$. इस प्रकार Čech cohomology खुले सेट U के परिमित चौराहों पर E के केवल खंडों का उपयोग करके शीफ कोहोलॉजी का अनुमान है।_i.

यदि खुले का प्रत्येक परिमित चौराहा V अंदर सेट होता है ${\mathcal {U}}$ ई में गुणांक के साथ कोई उच्च कोहोलॉजी नहीं है, जिसका अर्थ है कि एच^j(V,E) = 0 सभी j > 0 के लिए, फिर Čech cohomology से समरूपता $H^{j}({\mathcal {U}},E)$ शीफ कोहोलॉजी के लिए समरूपता है। शेफ कोहोलॉजी से सीच कोहोलॉजी से संबंधित अन्य दृष्टिकोण इस प्रकार है। चेक कोहोलॉजी समूह ${\check {H}}^{j}(X,E)$ की प्रत्यक्ष सीमा के रूप में परिभाषित किया गया है $H^{j}({\mathcal {U}},E)$ सभी खुले आवरणों पर ${\mathcal {U}}$ एक्स का (जहां शोधन (टोपोलॉजी) द्वारा खुले कवर का आदेश दिया जाता है)। समरूपता है ${\check {H}}^{j}(X,E)\to H^{j}(X,E)$ चेक कोहोलॉजी से शीफ कोहोलॉजी तक, जो जे ≤ 1 के लिए आइसोमोर्फिज्म है। मनमाने ढंग से टोपोलॉजिकल रिक्त स्थान के लिए, चेक कोहोलॉजी उच्च डिग्री में शीफ कोहोलॉजी से भिन्न हो सकती है। आसानी से, हालांकि, सीच कोहोलॉजी पैराकॉम्पैक्ट हौसडॉर्फ स्पेस पर किसी भी शीफ के लिए शीफ कोहोलॉजी के लिए आइसोमॉर्फिक है। समरूपता ${\check {H}}^{1}(X,E)\cong H^{1}(X,E)$ एच का वर्णन करता है¹(X,E) टोपोलॉजिकल स्पेस X पर एबेलियन समूहों के किसी भी शेफ ई के लिए: यह समूह आइसोमोर्फिज्म तक एक्स के ऊपर ई-'टॉर्सर्स' (जिसे प्रिंसिपल बंडल|प्रिंसिपल ई-बंडल भी कहा जाता है) को वर्गीकृत करता है। (यह कथन गैर-अबेलियन कोहोलॉजी सेट एच का उपयोग करके समूह जी के किसी भी समूह के लिए सामान्यीकरण करता है, जरूरी नहीं कि एबेलियन हो¹(X,G)।) परिभाषा के अनुसार, X के ऊपर ई-टॉर्सर, X पर E की समूह क्रिया (गणित) के साथ सेट का शीफ S है, जैसे कि X में प्रत्येक बिंदु पर खुला पड़ोस है जो S, E के लिए समरूपी है, जिसमें E अनुवाद के द्वारा स्वयं पर कार्य करता है। उदाहरण के लिए, चक्राकार स्थान पर (X,O_X), यह इस प्रकार है कि एक्स पर उल्टे शीशों का पिकार्ड समूह शीफ कोहोलॉजी समूह एच के लिए आइसोमॉर्फिक है¹(एक्स, ओ_X*), जहां ओ_X* O में इकाई (अंगूठी सिद्धांत) का शीफ ​​है_X.

सापेक्ष कोहोलॉजी

टोपोलॉजिकल स्पेस एक्स के सबसेट वाई और एक्स पर एबेलियन समूहों के शेफ ई के लिए, कोई 'सापेक्ष होमोलॉजी' समूहों को परिभाषित कर सकता है:

$H_{Y}^{j}(X,E)=H^{j}(X,X-Y;E)$

पूर्णांक जे के लिए। अन्य नाम Y में 'समर्थन' के साथ X की कोहोलॉजी हैं, या (जब Y X में बंद है) 'स्थानीय कोहोलॉजी लंबा सटीक अनुक्रम सामान्य अर्थों में शीफ कोहोलॉजी के सापेक्ष कोहोलॉजी से संबंधित है:

$\cdots \to H_{Y}^{j}(X,E)\to H^{j}(X,E)\to H^{j}(X-Y,E)\to H_{Y}^{j+1}(X,E)\to \cdots .$

जब Y X में बंद हो जाता है, तो Y में समर्थन के साथ सह-विज्ञान को फ़ैक्टर के व्युत्पन्न फ़ंक्टर के रूप में परिभाषित किया जा सकता है

$H_{Y}^{0}(X,E):=\{s\in E(X):s|_{X-Y}=0\},$

ई के वर्गों का समूह जो वाई पर समर्थित हैं।

कई समरूपताएँ हैं जिन्हें 'एक्सिशन प्रमेय' के रूप में जाना जाता है। उदाहरण के लिए, यदि X उप-स्थानों Y और U के साथ स्थलीय स्थान है, जैसे कि Y का समापन U के आंतरिक भाग में समाहित है, और E, X पर शीफ है, तो प्रतिबंध

$H_{Y}^{j}(X,E)\to H_{Y}^{j}(U,E)$

समरूपता है। (तो बंद उपसमुच्चय Y में समर्थन के साथ कोहोलॉजी केवल Y के पास स्थान X और शीफ E के व्यवहार पर निर्भर करती है।) इसके अलावा, यदि X पैराकॉम्पैक्ट हौसडॉर्फ स्थान है जो बंद उपसमुच्चय A और B का मिलन है, और E है एक्स पर शीफ, फिर प्रतिबंध

$H^{j}(X,B;E)\to H^{j}(A,A\cap B;E)$

समरूपता है।

कॉम्पैक्ट सपोर्ट के साथ कोहोलॉजी

बता दें कि X स्थानीय रूप से कॉम्पैक्ट टोपोलॉजिकल स्पेस है। (इस लेख में, स्थानीय रूप से कॉम्पैक्ट स्पेस को हॉसडॉर्फ समझा जाता है।) एक्स पर एबेलियन समूहों के शेफ ई के लिए, कोई 'कॉम्पैक्ट सपोर्ट के साथ कोहोलॉजी' एच को परिभाषित कर सकता है।_c^जे(एक्स, ई)। इन समूहों को कॉम्पैक्ट रूप से समर्थित अनुभागों के फ़ंक्टर के व्युत्पन्न फ़ंक्टर के रूप में परिभाषित किया गया है:

$H_{c}^{0}(X,E)=\{s\in E(X):{\text{there is a compact subset }}K{\text{ of }}X{\text{ with }}s|_{X-K}=0\}.$

प्राकृतिक समरूपता एच है_c^जे(एक्स, ई) → एच^j(X,E), जो X कॉम्पैक्ट के लिए तुल्याकारिता है।

स्थानीय रूप से कॉम्पैक्ट स्पेस एक्स पर शीफ ई के लिए, ई के पुलबैक में गुणांक के साथ एक्स × 'आर' के कॉम्पैक्ट रूप से समर्थित कोहोलॉजी एक्स के कॉम्पैक्ट रूप से समर्थित कोहोलॉजी की पारी है:

$H_{c}^{j+1}(X\times \mathbf {R} ,E)\cong H_{c}^{j}(X,E).$

यह इस प्रकार है, उदाहरण के लिए, कि एच_c^{जम्मू}('आर'ⁿ,'Z') 'Z' के लिए तुल्याकारी है यदि j = n और अन्यथा शून्य है।

मनमाने ढंग से निरंतर मानचित्रों के संबंध में कॉम्पैक्ट रूप से समर्थित कोहोलॉजी क्रियात्मक नहीं है। उचित मानचित्र के लिए f: Y → X स्थानीय रूप से कॉम्पैक्ट रिक्त स्थान और X पर शीफ E, हालांकि, पुलबैक समरूपता है

$f^{*}\colon H_{c}^{j}(X,E)\to H_{c}^{j}(Y,f^{*}(E))$

कॉम्पैक्ट रूप से समर्थित कोहोलॉजी पर। इसके अलावा, स्थानीय रूप से कॉम्पैक्ट स्पेस एक्स के खुले उपसमुच्चय यू और एक्स पर शीफ ई के लिए, पुशफॉरवर्ड समरूपता है जिसे 'एक्सटेंशन बाय जीरो' के रूप में जाना जाता है:

$H_{c}^{j}(U,E)\to H_{c}^{j}(X,E).$

स्थानीय रूप से कॉम्पैक्ट स्पेस X और बंद उपसमुच्चय Y के लिए, कॉम्पैक्ट रूप से समर्थित कोहोलॉजी के लिए दोनों समरूपताएं लंबे सटीक स्थानीयकरण अनुक्रम में होती हैं:

$\cdots \to H_{c}^{j}(X-Y,E)\to H_{c}^{j}(X,E)\to H_{c}^{j}(Y,E)\to H_{c}^{j+1}(X-Y,E)\to \cdots .$

कप उत्पाद

टोपोलॉजिकल स्पेस एक्स पर एबेलियन समूहों के किसी भी ढेर ए और बी के लिए, बिलिनियर मैप है, 'कप उत्पाद'

$H^{i}(X,A)\times H^{j}(X,B)\to H^{i+j}(X,A\otimes B),$

सभी i और j के लिए। यहाँ A⊗B 'Z' के ऊपर टेन्सर उत्पाद को दर्शाता है, लेकिन अगर A और B कुछ शीफ O के ऊपर मॉड्यूल के ढेर हैं_X क्रमविनिमेय छल्लों का, तो कोई H से आगे का मानचित्र बना सकता है^{आई+जे}(एक्स,ए⊗_Zबी) से एच^{आई+जे}(एक्स,ए⊗_{OX</उप>बी). विशेष रूप से, शेफ ओ के लिएX क्रमविनिमेय छल्लों का, कप उत्पाद प्रत्यक्ष योग बनाता है}

$H^{*}(X,O_{X})=\bigoplus _{j}H^{j}(X,O_{X})$

वर्गीकृत-कम्यूटेटिव रिंग में, जिसका अर्थ है

$vu=(-1)^{ij}uv$

आप सभी के लिए एचⁱ और v in H^{जम्मू ।}

ढेरों का परिसर

व्युत्पन्न फ़ैक्टर के रूप में शीफ कोहोलॉजी की परिभाषा टोपोलॉजिकल स्पेस एक्स के कोहोलॉजी को परिभाषित करने के लिए फैली हुई है, जो किसी भी चेन कॉम्प्लेक्स ई ऑफ शीव्स में गुणांक के साथ है:

$\cdots \to E_{j}\to E_{j+1}\to E_{j+2}\to \cdots$

विशेष रूप से, यदि कॉम्प्लेक्स ई नीचे घिरा हुआ है (शेफ ई_j j के लिए शून्य पर्याप्त रूप से ऋणात्मक है), तो E के पास 'इंजेक्शन रिज़ॉल्यूशन' I होता है जैसे कि एकल पूला करता है। (परिभाषा के अनुसार, I श्रृंखला का नक्शा E → I के साथ इंजेक्टिव शेव्स के नीचे का बाउंडेड कॉम्प्लेक्स है जो अर्ध-समरूपता है।) फिर कोहोलॉजी समूह H^j(X,E) को एबेलियन समूहों के परिसर के कोहोलॉजी के रूप में परिभाषित किया गया है

$\cdots \to I_{j}(X)\to I_{j+1}(X)\to I_{j+2}(X)\to \cdots .$

शीशों के परिसर में गुणांक वाले स्थान के कोहोलॉजी को पहले hypercohomology कहा जाता था, लेकिन आमतौर पर अब केवल कोहोलॉजी कहा जाता है।

अधिक आम तौर पर, अंतरिक्ष एक्स पर शेव ई के किसी भी परिसर के लिए (जरूरी नहीं कि नीचे बाध्य हो), कोहोलॉजी समूह एच^j(X,E) को X पर ढेरों की व्युत्पन्न श्रेणी में आकारिकी के समूह के रूप में परिभाषित किया गया है:

$H^{j}(X,E)=\operatorname {Hom} _{D(X)}(\mathbf {Z} _{X},E[j]),$

जहां जेड_X पूर्णांकों से जुड़ा स्थिर शीफ है, और E[j] का अर्थ है जटिल E ने j चरणों को बाईं ओर स्थानांतरित कर दिया है।

पोंकारे द्वैत और सामान्यीकरण

टोपोलॉजी में केंद्रीय परिणाम पोंकारे द्वैत प्रमेय है: कई गुना बंद उन्मुखता जुड़ा हुआ स्थान टोपोलॉजिकल मैनिफोल्ड X ऑफ डायमेंशन n और फील्ड (गणित) k, समूह H के लिए 'ⁿ(X,k) k और कप उत्पाद के लिए आइसोमॉर्फिक है

$H^{j}(X,k)\times H^{n-j}(X,k)\to H^{n}(X,k)\cong k$

सभी पूर्णांक j के लिए आदर्श युग्म है। यानी एच से परिणामी नक्शा^j(X,k) दोहरी जगह H के लिए^n−j(X,k)* तुल्याकारिता है। विशेष रूप से, वेक्टर रिक्त स्थान H^जे(एक्स, के) और एच^n−j(X,k)* का ही (परिमित) आयाम (वेक्टर स्पेस) है।

शेफ कॉहोलॉजी की भाषा का उपयोग करके कई सामान्यीकरण संभव हैं। यदि एक्स उन्मुख एन-कई गुना है, जरूरी नहीं कि कॉम्पैक्ट या जुड़ा हुआ है, और के क्षेत्र है, तो कोहोलॉजी कॉम्पैक्ट सपोर्ट के साथ कोहोलॉजी का दोहरा है:

$H^{j}(X,k)\cong H_{c}^{n-j}(X,k)^{*}.$

किसी भी कई गुना एक्स और फील्ड के लिए, शीफ है_X एक्स पर, उन्मुखीकरण शीफ', जो स्थानीय रूप से (लेकिन शायद वैश्विक रूप से नहीं) निरंतर शीफ के लिए आइसोमॉर्फिक है। मनमाने ढंग से एन-कई गुना एक्स के लिए पॉइनकेयर द्वंद्व का संस्करण समरूपता है:

$H^{j}(X,o_{X})\cong H_{c}^{n-j}(X,k)^{*}.$

अधिक आम तौर पर, यदि ई एन-मैनिफोल्ड एक्स पर के-वेक्टर रिक्त स्थान का स्थानीय रूप से स्थिर शीफ है और ई के डंठल में परिमित आयाम है, तो समरूपता है

$H^{j}(X,E^{*}\otimes o_{X})\cong H_{c}^{n-j}(X,E)^{*}.$

क्षेत्र के बजाय मनमाने ढंग से कम्यूटेटिव रिंग में गुणांक के साथ, पॉइनकेयर द्वैत स्वाभाविक रूप से कोहोलॉजी से बोरेल-मूर समरूपता के रूप में समरूपता के रूप में तैयार किया जाता है।

वर्डियर द्वैत विशाल सामान्यीकरण है। परिमित आयाम के किसी भी स्थानीय रूप से कॉम्पैक्ट स्पेस X और किसी भी क्षेत्र k के लिए, वस्तु D है_X एक्स पर शेवों की व्युत्पन्न श्रेणी डी (एक्स) में 'ड्यूलाइजिंग कॉम्प्लेक्स' (के में गुणांक के साथ) कहा जाता है। वर्डियर द्वैत का मामला समरूपता है:

$H^{j}(X,D_{X})\cong H_{c}^{-j}(X,k)^{*}.$

एन-मैनिफोल्ड एक्स के लिए, दोहरीकरण जटिल डी_X शिफ्ट ओ के लिए आइसोमोर्फिक है_X[एन] ओरिएंटेशन शीफ का। नतीजतन, वर्डियर द्वैत में विशेष मामले के रूप में पोंकारे द्वैत सम्मिलित है।

'अलेक्जेंडर द्वैत' पोंकारे द्वैत का और उपयोगी सामान्यीकरण है। उन्मुख n-कई गुना M और किसी भी क्षेत्र k के किसी भी बंद उपसमुच्चय X के लिए, समरूपता है:

$H_{X}^{j}(M,k)\cong H_{c}^{n-j}(X,k)^{*}.$

यह पहले से ही एक्स के लिए एम = 'आर' का कॉम्पैक्ट उपसमुच्चय दिलचस्प हैⁿ, जहां यह कहता है (मोटे तौर पर बोलना) कि 'आर' का कोहोलॉजीⁿ−X, X के शीफ कोहोलॉजी का दोहरा है। इस कथन में, एकवचन कोहोलॉजी के बजाय शीफ कोहोलॉजी पर विचार करना आवश्यक है, जब तक कि कोई एक्स पर अतिरिक्त अनुमान नहीं लगाता है जैसे कि स्थानीय संकुचन।

उच्च प्रत्यक्ष चित्र और लेरे स्पेक्ट्रल अनुक्रम

चलो f: X → Y सांस्थितिकीय रिक्त स्थान का सतत नक्शा है, और E को X पर एबेलियन समूहों का समूह होने दें। प्रत्यक्ष छवि शीफ f_*E द्वारा परिभाषित Y पर शीफ है

$(f_{*}E)(U)=E(f^{-1}(U))$

Y के किसी भी खुले उपसमुच्चय U के लिए। उदाहरण के लिए, यदि f, X से बिंदु तक का नक्शा है, तो f_*ई वैश्विक वर्गों के समूह ई (एक्स) के अनुरूप बिंदु पर ई है।

फ़ैक्टर एफ_* X पर ढेरों से Y पर ढेरों तक सटीक छोड़ दिया जाता है, लेकिन सामान्य तौर पर सही सटीक नहीं होता है। उच्च प्रत्यक्ष छवि आर को ढेर करती है^{मैंच_*Y पर E को functor f के सही व्युत्पन्न फ़ैक्टर के रूप में परिभाषित किया गया है_*. अन्य विवरण यह है कि आरमैंच_*E पुलिया है (गणित) # पूर्वशेफ को पूले में बदलना}

$U\mapsto H^{i}(f^{-1}(U),E)$

वाई पर। इस प्रकार, उच्च प्रत्यक्ष छवि शीशे मोटे तौर पर बोलने वाले वाई में छोटे खुले सेटों की उलटी छवियों के कोहोलॉजी का वर्णन करते हैं।

'लेरे वर्णक्रमीय अनुक्रम ' X पर कोहोलॉजी से Y पर कोहोलॉजी से संबंधित है। अर्थात्, किसी भी निरंतर मानचित्र f: X → Y और X पर किसी भी शीफ E के लिए, स्पेक्ट्रल अनुक्रम है

$E_{2}^{ij}=H^{i}(Y,R^{j}f_{*}E)\Rightarrow H^{i+j}(X,E).$

यह बहुत ही सामान्य परिणाम है। विशेष मामला जहां f कंपन है और E स्थिर शीफ है, होमोटोपी सिद्धांत में Serre वर्णक्रमीय अनुक्रम के नाम से महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। उस स्थिति में, उच्च प्रत्यक्ष छवि वाले शीशे स्थानीय रूप से स्थिर होते हैं, डंठल के साथ f के तंतुओं के कोहोलॉजी समूह होते हैं, और इसलिए Serre वर्णक्रमीय अनुक्रम को इस रूप में लिखा जा सकता है

$E_{2}^{ij}=H^{i}(Y,H^{j}(F,A))\Rightarrow H^{i+j}(X,A)$

एबेलियन ग्रुप ए के लिए

लेरे स्पेक्ट्रल अनुक्रम का सरल लेकिन उपयोगी मामला यह है कि टोपोलॉजिकल स्पेस वाई के किसी भी बंद उपसमुच्चय एक्स और एक्स पर किसी भी शीफ ई के लिए, एफ: एक्स → वाई को सम्मिलित करने के लिए, समरूपता है

$H^{i}(Y,f_{*}E)\cong H^{i}(X,E).$

नतीजतन, बंद उप-स्थान पर शीफ कोहोलॉजी के बारे में किसी भी प्रश्न का परिवेश स्थान पर प्रत्यक्ष छवि शीफ के बारे में प्रश्न में अनुवाद किया जा सकता है।

कोहोलॉजी की परिमितता

शीफ कोहोलॉजी पर मजबूत परिमितता परिणाम है। मान लें कि X कॉम्पैक्ट हॉउसडॉर्फ स्पेस है, और R प्रमुख आदर्श डोमेन है, उदाहरण के लिए फ़ील्ड या पूर्णांकों का वलय 'Z'। चलो ई एक्स पर आर-मॉड्यूल का ढेर हो, और मान लें कि ई ने स्थानीय रूप से अंतिम रूप से कोहोलॉजी उत्पन्न की है, जिसका अर्थ है कि एक्स में प्रत्येक बिंदु एक्स के लिए, प्रत्येक पूर्णांक जे, और एक्स के प्रत्येक खुले पड़ोस यू, खुला पड़ोस वी ⊂ है x का U ऐसा है कि H की छवि^जे(यू, ई) → एच^j(V,E) फ़ाइनली जनरेट किया गया R-मॉड्यूल है। फिर कोहोलॉजी समूह एच^j(X,E) सूक्ष्म रूप से उत्पन्न आर-मॉड्यूल हैं। उदाहरण के लिए, कॉम्पैक्ट हॉसडॉर्फ स्पेस एक्स के लिए जो स्थानीय रूप से सिकुड़ा हुआ है (कमजोर अर्थ में शीफ कोहोलॉजी # शीफ कोहोलॉजी पर निरंतर गुणांक के साथ चर्चा की गई है), शीफ कोहोलॉजी समूह एच^j(X,'Z') प्रत्येक पूर्णांक j के लिए अंतिम रूप से उत्पन्न होता है।

मामला जहां परिमितता परिणाम लागू होता है वह निर्माण योग्य शीफ का होता है। बता दें कि X स्थैतिक रूप से स्तरीकृत स्थान है। विशेष रूप से, एक्स बंद उपसमुच्चय के अनुक्रम के साथ आता है

$X=X_{n}\supset X_{n-1}\supset \cdots \supset X_{-1}=\emptyset$

ऐसा है कि प्रत्येक अंतर X_i-X_i−1 आयाम i का सामयिक कई गुना है। एक्स पर आर-मॉड्यूल का शीफ ई दिए गए स्तरीकरण के संबंध में 'संरचनात्मक' है यदि प्रत्येक स्तर एक्स के लिए ई का प्रतिबंध_i-X_i−1 स्थानीय रूप से स्थिर है, डंठल के साथ सूक्ष्म रूप से उत्पन्न आर-मॉड्यूल। एक्स पर शीफ ई जो कि दिए गए स्तरीकरण के संबंध में रचनात्मक है, स्थानीय रूप से अंतिम रूप से कोहोलॉजी उत्पन्न करता है। यदि एक्स कॉम्पैक्ट है, तो यह इस प्रकार है कि कोहोलॉजी समूह एच^j(X,E) X के गुणकों के साथ रचनात्मक शीफ में अंतिम रूप से उत्पन्न होते हैं।

अधिक आम तौर पर, मान लें कि X कॉम्पैक्ट करने योग्य है, जिसका अर्थ है कि कॉम्पैक्ट स्तरीकृत स्थान W है जिसमें X खुले उपसमुच्चय के रूप में है, W-X के साथ जुड़ा हुआ घटक (टोपोलॉजी) है। फिर, एक्स पर आर-मॉड्यूल के किसी भी रचनात्मक शीफ ई के लिए, आर-मॉड्यूल एच^जे(एक्स, ई) और एच_c^j(X,E) अंतिम रूप से उत्पन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, कोई भी जटिल बीजगणितीय किस्म X, अपने क्लासिकल (यूक्लिडियन) टोपोलॉजी के साथ, इस अर्थ में कॉम्पैक्ट करने योग्य है।

सुसंगत शीशों का कोहोलॉजी

Main article: Coherent sheaf cohomology

बीजगणितीय ज्यामिति और जटिल विश्लेषणात्मक ज्यामिति में, सुसंगत ढेर विशेष ज्यामितीय महत्व के ढेरों का वर्ग है। उदाहरण के लिए, बीजगणितीय वेक्टर बंडल (नोएदरियन योजना पर) या होलोमॉर्फिक वेक्टर बंडल (जटिल विश्लेषणात्मक स्थान पर) को सुसंगत शीफ के रूप में देखा जा सकता है, लेकिन सुसंगत ढेरों को वेक्टर बंडलों पर लाभ होता है कि वे एबेलियन श्रेणी बनाते हैं। योजना पर, अर्ध-सुसंगत ढेरों पर विचार करना भी उपयोगी है, जिसमें अनंत रैंक के स्थानीय रूप से मुक्त ढेर सम्मिलित हैं।

सुसंगत शीफ में गुणांक के साथ योजना या जटिल विश्लेषणात्मक स्थान के कोहोलॉजी समूहों के बारे में बहुत कुछ जाना जाता है। यह सिद्धांत बीजगणितीय ज्यामिति में महत्वपूर्ण तकनीकी उपकरण है। मुख्य प्रमेयों में विभिन्न स्थितियों में कोहोलॉजी के लुप्त होने के परिणाम हैं, कोहोलॉजी की परिमित-आयामीता पर परिणाम, सुसंगत शीफ कोहोलॉजी और एकवचन कोहोलॉजी जैसे हॉज सिद्धांत के बीच तुलना, और रीमैन जैसे सुसंगत शीफ कोहोलॉजी में यूलर विशेषताओं पर सूत्र। रोच प्रमेय।

साइट पर ढेर

1960 के दशक में, ग्रोथेंडिक ने साइट की धारणा को परिभाषित किया, जिसका अर्थ है ग्रोथेंडिक टोपोलॉजी से लैस श्रेणी। साइट 'सी' आकारिकी 'वी' के सेट की धारणा को स्वयंसिद्ध करती है_α → C में U, U का आवरण है। टोपोलॉजिकल स्पेस X प्राकृतिक तरीके से साइट का निर्धारण करता है: श्रेणी C में X के खुले उपसमुच्चय हैं, जिसमें morphisms सम्मिलित हैं, और morphisms V के सेट के साथ_α → U को U का आवरण कहा जा रहा है यदि और केवल यदि U खुले उपसमुच्चय V का मिलन है_α. उस मामले से परे ग्रोथेंडिक टोपोलॉजी का प्रेरक उदाहरण योजनाओं पर ईटेल टोपोलॉजी था। तब से, बीजगणितीय ज्यामिति में कई अन्य ग्रोथेंडिक टोपोलॉजी का उपयोग किया गया है: एफपीक्यूसी टोपोलॉजी, निस्नेविच टोपोलॉजी, और इसी तरह।

शेफ की परिभाषा किसी भी साइट पर काम करती है। तो साइट पर सेट के पूले के बारे में बात कर सकते हैं, साइट पर एबेलियन समूहों के समूह, और इसी तरह। व्युत्पन्न फ़ैक्टर के रूप में शीफ कोहोलॉजी की परिभाषा साइट पर भी काम करती है। तो किसी के पास शीफ कोहोलॉजी समूह एच है^j(X, E) किसी साइट के किसी ऑब्जेक्ट X और एबेलियन समूहों के किसी शेफ E के लिए। ईटेल टोपोलॉजी के लिए, यह ईटेल कोहोलॉजी की धारणा देता है, जिसके कारण वेइल अनुमानों का प्रमाण मिला। बीजगणितीय ज्यामिति में क्रिस्टलीय कोहोलॉजी और कई अन्य कोहोलॉजी सिद्धांतों को भी उपयुक्त साइट पर शीफ कोहोलॉजी के रूप में परिभाषित किया गया है।

संदर्भ

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• Hartshorne, Robin (1977), Algebraic Geometry, Berlin, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-90244-9, MR 0463157, OCLC 13348052
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• Miller, Haynes (2000). "Leray in Oag XVIIA: The origins of sheaf theory, sheaf cohomology, and spectral sequences" (PDF). S2CID 13024093.

बाहरी संबंध

• The thread "Sheaf cohomology and injective resolutions" on MathOverflow
• The "Sheaf cohomology" on Stack Exchange