Кіріспе

Математиканың саласы нүктелік конвергенция топологиясы. Алгебралық топология – абстрактілік алгебрадан құралдарды пайдаланып топологиялық кеңістіктерді зерттейтін математика саласы. Негізгі мақсат – топологиялық кеңістіктерді гомеоморфизмге дейін жіктеуге мүмкіндік беретін алгебралық инварианттарды табу, бірақ көбінесе жіктеу гомотопиялық эквиваленттілікке дейін жүзеге асырылады. Алгебралық топология негізінен алгебраны топологиялық мәселелерді зерттеу үшін қолданса да, кейде алгебралық мәселелерді шешу үшін топологияны қолдану да мүмкін. Мысалы, алгебралық топология еркін топтың кез келген ішкі тобының да еркін топ болатынын дәлелдеуге ыңғайлы жағдай жасайды.

Гомотопиялық топтар

Математикада гомотопиялық топтар алгебралық топологияда топологиялық кеңістіктерді жіктеу үшін қолданылады. Ең алғашқы және ең қарапайым гомотопиялық топ – кеңістіктегі контурлар туралы мәліметтерді тіркеп алатын негізгі топ. Түсініксіз айтқанда, гомотопиялық топтар топологиялық кеңістіктің негізгі пішінін немесе саңылауларын сипаттайды.

Гомология

Алгебралық топология және абстрактілік алгебрада гомология (грекше ὁμός homos сөзінен, "бірдей" мағынасында) – берілген математикалық объектіге, мысалы, топологиялық кеңістікке немесе топқа, абельдік топтар немесе модульдер тізбесін қосудың белгілі бір жалпы әдісі.

Кохомология

Гомология теориясы мен алгебралық топологияда кохомология – кошейін кешенінен анықталатын абельдік топтар тізбегінің жалпы атауы. Яғни, кохомология – кошейін, коцикл және кошекара туралы абстрактілі зерттеу. Кохомологияны гомологияға қарағанда күрделірек алгебралық құрылымы бар топологиялық кеңістікке алгебралық инварианттарды тағайындау әдісі ретінде қарастыруға болады. Кохомология гомология құрылымының алгебралық дуалдығынан туындайды. Көбірек түсінікті тілмен айтқанда, кошейіндер негізінен гомология теориясының тізбектеріне "өлшемдерді" тағайындауы керек.

Манифольдер

Көпқырлы - әрбір нүктесінің жанында Евклид кеңістігіне ұқсайтын топологиялық кеңістік. Мысалдарға жазықтық, сфера және тор жатады, олардың бәрі үш өлшемде іске асырылуы мүмкін, сондай-ақ үш өлшемде ендіре алмайтын, бірақ төрт өлшемде ендіріле алатын Клейн бөтелкесі және нақты проекциялық жазықтық. Әдетте, алгебралық топологияның нәтижелері көпқырлылардың жаһандық, дифференциалдалмайтын аспектілеріне бағытталған; мысалы, Пуанкаре дуалдығы.

Торап теориясы

Тораптар теориясы – математикалық тораптарды зерттейтін ғылым. Күнделікті өмірде аяқ киімнің шнурлары мен арқандарда кездесетін түйіндерден шабыттанғанмен, математиктер зерттейтін тораптың ерекшелігі – оның екі ұшы біріктіріліп, шешілмейтіндей етіледі. Нақты математикалық тұрғыдан алғанда, торап – үш өлшемді Евклид кеңістігіндегі шеңбердің енуі. Егер бір торапты өзінің деформациясы арқылы (қоршаған ортаның изотопиясы деп аталады) екінші торапқа түрлендіруге болады, онда екі математикалық торап эквивалентті болып саналады; мұндай түрлендірулер жіпті кесіп немесе өзінен өткізбей, торапталған жіпті манипуляциялауға сәйкес келеді.

Комплекстер

Симплициалдық кешен – нақты бір түріндегі топологиялық кеңістік, нүктелерді, түзу кесінділерін, үшбұрыштарды және олардың n-өлшемді аналогтарын "бірге тіркеу" арқылы құрастырылады (суретті қараңыз). Симплициалдық кешендерді қазіргі симплициалдық гомотопия теориясында кездесетін симплициалды жиынның абстрактілі түсінігімен шатастырмау керек. Симплициалдық кешеннің таза комбинаторлық аналогы – абстрактілі симплициалдық кешен. CW кешені – гомотопия теориясының қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін Дж. Х. С. Уайтхед енгізген топологиялық кеңістіктің түрі. Бұл кеңістіктер класы кеңірек және симплициалдық кешендерге қарағанда кейбір жақсы категориялық қасиеттері бар, бірақ есептеулерді (көбінесе әлдеқайда кішкентай кешенмен) жүргізуге мүмкіндік беретін комбинаторлық сипатын сақтайды.

Алгебралық инварианттардың әдісі

Бұл пәннің бұрынғы атауы комбинаторлық топология болатын, ол X кеңістігінің қарапайым кеңістіктерден қалай құрастырылғанына назар аударатын (мұндай құрастыру үшін қазіргі стандартты құрал – CW кешені). 1920-1930 жылдары топологиялық кеңістіктерді алгебралық топтарға сәйкестік табу арқылы зерттеуге көбірек мән берілді, бұл атаудың алгебралық топологияға өзгеруіне әкелді. Комбинаторлық топология атауы кейде кеңістіктерді ыдыратуға негізделген алгоритмдік тәсілді көрсету үшін қолданылады. Алгебралық тәсілде кеңістіктер мен топтар арасында гомеоморфизм (немесе жалпырақ гомотопия) қатынасын сақтайтын сәйкестік табылады. Бұл топологиялық кеңістіктер туралы тұжырымдарды топтар туралы тұжырымдарға қайта формулируға мүмкіндік береді, олар басқаруға оңай құрылымға ие, бұл тұжырымдарды дәлелдеуді жеңілдетеді. Мұны іске асырудың екі негізгі жолы – фундаменталды топтар немесе жалпы гомотопия теориясы, сондай-ақ гомология және кохомология топтары арқылы. Фундаменталды топтар топологиялық кеңістіктің құрылымы туралы негізгі ақпаратты ұсынады, бірақ олар көбінесе абельдік емес және олармен жұмыс істеу қиын болуы мүмкін. (Шектелген) симплициалды кешеннің фундаменталды тобы шекті түрде берілуге ие. Гомология және кохомология топтары, керісінше, абельдік және көптеген маңызды жағдайларда шекті түрде туындайды. Шектелген абельдік топтар толық классификацияланған және олармен жұмыс істеу өте оңай.

Категория теориясының орнатылуы

Жалпы алғанда, алгебралық топологияның барлық құрылымдары функторлық болып табылады; категория, функтор және табиғи түрлендіру ұғымдары осы салада туындады. Фундаменталды топтар, гомология және кохомология топтары – бұл тек негізгі топологиялық кеңістіктің инварианттары ғана емес, сонымен қатар гомеоморфты екі топологиялық кеңістіктердің сәйкес топтары бірдей болады, бірақ олармен байланысты морфизмдер де сәйкес келеді – кеңістіктердің үздіріссіз бейнелеуі байланысты топтардағы топтық гомоморфизмді тудырады, және осы гомоморфизмдер бейнелеудің болуын (немесе одан да тереңірек, болмауын) көрсету үшін қолданылуы мүмкін. Кохомологияның әртүрлі түрлерімен жұмыс істеген алғашқы математиктердің бірі Жорж де Рам болды. Дифференциалдық теңдеулерді шешуді зерттеу үшін, тегіс көптүрліліктердің дифференциалдық құрылымын де Рам кохомологиясы, немесе Чех, немесе бушақ кохомологиясы арқылы пайдалануға болады. Де Рам осы тәсілдердің барлығы байланысты екенін көрсетті, және жабық, бағытталған көптүрлілік үшін симплициалды гомология арқылы алынған Бетти сандары, де Рам кохомологиясы арқылы алынған Бетти сандарымен сәйкес келеді. Бұл 1950 жылдары Сэмюэл Эйленберг және Норман Стинрод бұл тәсілді жалпылағанда кеңейтілді. Олар гомология мен кохомологияны, белгілі бір аксиомаларға (мысалы, кеңістіктердің әлсіз эквиваленттілігі гомология топтарының изоморфизміне өтеді) бағынған табиғи түрлендірулермен жабдықталған функторлар ретінде анықтады, барлық қолданыстағы (ко)гомология теорияларының осы аксиомаларды қанағаттандыратындығын тексерді, содан кейін мұндай аксиомалық сипаттама теорияны бірегей анықтайтынын дәлелдеді.