Кіріспе

Ориентацияланған жабық көпқырлылар үшін гомология және кохомология топтарын байланыстырады. Математикада, Генри Поанкаре есімімен аталатын Поанкаре дуалдығы теоремасы – көпқырлылардың гомология және кохомология топтарының құрылымы туралы негізгі нәтиже. Ол егер M – n өлшемді бағдарланған жабық көпқырлы болса (компактты және шекарасыз), онда M-нің k-шы кохомология тобы M-нің (n − k)-шы гомология тобына изоморфты болады, барлық k бүтін саны үшін. Поанкаре дуалдығы кез келген коэффициент сақинасы үшін орындалады, егер сол сақинаға қатысты бағдар белгіленген болса; әсіресе, әрбір көпқырлының mod 2 бойынша бірегей бағдары болғандықтан, Поанкаре дуалдығы бағдарды талап етпей mod 2 бойынша да орындалады.

Тарих

Поинкаре дуалдығының бір түрі алғаш рет 1893 жылы Анри Поинкаре дәлелсіз айтқан. Ол Бетти сандары арқылы тұжырымдалды: жабық (яғни, компактты және шекарасыз) бағдарланатын n-көптүрліліктің k-шы және (n − k)-шы Бетти сандары тең. Когомология тұжырымдамасы сол кезде толыққанды түсіндірілгенге дейін шамамен 40 жылдай уақыт қалған еді. 1895 жылы жарияланған "Анализ сайты" еңбегінде Поинкаре теореманы осыған дейін өзі ойлап тапқан топологиялық қиылысу теориясын пайдаланып дәлелдеуге тырысты. Поул Хигаардтың жұмысына жасаған сындық ескертулері оның дәлелінің қателігін анықтауға көмектесті. "Анализ сайты" еңбегіне жазылған алғашқы екі толықтыруда Поинкаре екіұшты триангуляциялар арқылы жаңа дәлел келтірді. Поинкаре дуалдығы 1930 жылдары когомологияның дамуымен, Эдуард Чех және Хасслер Уитни тостаған және қақпақ көбейтінділерін ойлап тапқанда және Поинкаре дуалдығын осы жаңа терминдермен тұжырымдағанда қазіргі түрін алды.

Екі жасушалы құрылымдар

Үшбұрышты көпқырлы болғанда, сәйкес келетін қос полиэдрлік ыдырау бар. Қос полиэдрлік ыдырау – бұл көпқырлының жасушалық ыдырауы, яғни қос полиэдрлік ыдыраудың k-жасушалары үшбұрышты ыдыраудың жасушаларымен бір-бірге сәйкес келеді, бұл қос полиэдрлер туралы ұғымды жалпылайды. Нақтырақ айтқанда, T – n-көпқырлы M-нің үшбұрышты ыдырауы болсын. S – T-нің симплексі болсын. S-ді қамтитын T-нің жоғарғы өлшемді симплексі болсын, сондықтан S-ді шыңдарының жиынының ішкі жиындарының барицентрлерінің дөңгелек қабығы ретінде анықталатын DS қос жасушасының шыңы ретінде қарастыруға болады. S i-өлшемді болса, онда DS (n − i)-өлшемді жасуша екенін тексеруге болады. Сонымен қатар, T-ге сәйкес келетін қос жасушалар M-нің CW ыдырауын құрайды, ал i-жасушасы S-пен қиылысатын жалғыз өлшемді қос жасуша DS болып табылады. Осылайша, қиылыстарды алу арқылы берілген жұптасу изоморфизмді тудырады , мұнда – үшбұрышты ыдырау T-нің жасушалық гомологиясы, ал және – тиісінше қос полиэдрлік/CW ыдыраудың жасушалық гомологиясы және когомологиясы. Бұл тізбекті кешендердің изоморфизмі екендігі Понкаре дуалдығының дәлелі болып табылады. Шамамен айтқанда, бұл T үшбұрышты ыдырауының шекаралық қатынасы, сәйкестік бойынша қос полиэдрлік ыдыраудың инциденттік қатынасына тең екенін білдіреді.

Эйлер сипаттамаларына қолдану

Пуанкаре дуалдығының тікелей салдары – кез келген жабық тақ өлшемді кеңістік M-нің Эйлер сипаттамасы нөлге тең болады, ал бұл өз кезегінде шекарасы бар кез келген кеңістіктің Эйлер сипаттамасы жұп сан екенін көрсетеді.

Жалпылау және осыған байланысты нәтижелер

Понкаре-Лефшец дуалдық теоремасы – шекарасы бар көптіктер үшін жасалған жалпылау. Бағдарланбас жағдайда, жергілікті бағдарлар жиынын ескере отырып, бағдарлануға тәуелсіз тұжырымдама беруге болады: бұрмаланған Понкаре дуалдығын қараңыз. Бланчфилд дуалдығы – Пуанкаре дуалдығының бір түрі, ол көптік Абель кеңістігінің гомологиясы мен сәйкес келетін, ықшам тіректегі кохомология арасындағы изоморфизмді қамтамасыз етеді. Ол Александр модулі туралы негізгі құрылымдық нәтижелерді алу үшін қолданылады және түйіндің қолтаңбаларын анықтауға пайдаланылуы мүмкін. 1955 жылдан бастап гомология теориясы К-теорияны және басқа да ерекше теорияларды қамту үшін дамыды, гомологияны көптіктердегі көбейтулер құрылғаннан кейін басқа теориялармен алмастыруға болатыны анықталды, және қазір осы мәселелер оқулықтарда жан-жақты қарастырылады. Нақтырақ айтқанда, жалпыланған гомология теориясы үшін жалпы Понкаре дуалдық теоремасы бар, ол гомология теориясына қатысты бағдар ұғымын талап етеді және жалпыланған Том изоморфизм теоремасы тұрғысында тұжырымдалады. Осы тұрғыда Том изоморфизм теоремасын жалпыланған гомология теориялары үшін Понкаре дуалдығының бастапқы идеясы деп қарастыруға болады. Вердие дуалдығы – (мүмкін біртекті) геометриялық объектілерге, мысалы, аналитикалық кеңістіктерге немесе схемаларға қатысты дұрыс жалпылау, ал қиылыс гомологиясы Роберт Макферсон мен Марк Горески тарапынан қабатталған кеңістіктер үшін, мысалы, нақты немесе кешенді алгебралық сорттар үшін әзірленді, дәл осылайша осындай қабатталған кеңістіктерге Понкаре дуалдығын жалпылау үшін. Алгебралық топологияда Лефшец дуалдығы, Александр дуалдығы, Ходж дуалдығы және S дуалдығы сияқты геометриялық дуалдықтың көптеген басқа түрлері бар. Алгебралық тұрғыдан қарағанда, Понкаре кешені ұғымын абстракциялауға болады, бұл көптіктің дара тізбекті кешені сияқты қызмет ететін алгебралық объект, ерекше элементке (негізгі сыныпқа сәйкес) қатысты гомологиялық топтарында Понкаре дуалдығын қанағаттандырады. Олар хирургиялық теорияда көптіктер туралы алгебралық сұрақтарды алгебралық түрде қарастыру үшін қолданылады. Понкаре кеңістігі – бұл дара тізбекті кешені Понкаре кешені болып табылатын кеңістік. Бұлардың барлығы да көптік емес, бірақ олардың көптік болмауына кедергілер теориясы арқылы өлшенуі мүмкін.