Twierdzenie de Rhama

Twierdzenie de Rhama jest twierdzeniem geometrii różniczkowej, które formalizuje relację między łańcuchami a formami różniczkowymi. Mówi ono, iż występuje izomorfizm między n-tymi grupami homologii i kohomologii:

Intuicyjnie oznacza to, że istnieje pewien związek między obszarem całkowania a formą różniczkową pod znakiem całki, co potwierdza uogólniona postać twierdzenia Stokesa:

Definicja

N-ta grupa homologii

Dla kompleksu łańcuchowego z operatorem brzegu , n-tą grupą homologii nazywamy grupę ilorazową

gdzie

N-ta grupa kohomologii

Dla kompleksu de Rhama z operatorem różniczki , n-tą grupą kohomologii[1] nazywamy grupę ilorazową

gdzie

Twierdzenie de Rhama

Przy zdefiniowaniu izomorfizmu postaci[2]

gdzie jest łańcuchem, a jest odpowiadającą mu formą różniczkową, prawdziwe jest zdanie[3]

Interpretacja i konsekwencje

Poza wcześniej wspomnianym powiązaniu idei łańcucha i formy różniczkowej (a zatem obszaru całkowania i wyrażenia podcałkowego), twierdzenie to ma dalej idące konsekwencje.

Homologia jest w topologii algebraicznej istotnym narzędziem analizy natury uogólnionego geometrycznego pojęcia otworu (dziury) w rozmaitościach. Ilość wymiarów n-tej grupy homologicznej odpowiada liczbie n-wymiarowych dziur w rozmaitości.

Kohomologia bada natomiast pojęcie nieciągłości w kontekście analitycznym za pomocą form różniczkowych. Intuicyjnie, nieciągłości te można interpretować jako dziury, lecz nie są one w sposób nietrywialny połączone z ideą geometryczną.

Izomorfizm między grupami homologii i kohomologii dowodzi, że dziury geometryczne i analityczne są w praktyce jednoznaczne, co jest istotnym wnioskiem dla rozmaitości różniczkowych. Dowodzi on również, że n-wymiarowe dziury geometryczne można badać poprzez liczbę wymiarów n-tej grupy kohomologii i vice versa.

Przypisy

  1. Frederic Schuller: Grassmann algebra and deRham cohomology. 2015. [dostęp 2025-02-02].
  2. Frank W. Warner: Foundations of Differentiable Manifolds and Lie Groups. Springer, 1983, s. 5.35. ISBN 0-387-90894-3.
  3. Frank W. Warner: Foundations of Differentiable Manifolds and Lie Groups. Springer, 1983, s. 5.36, 5.45. ISBN 0-387-90894-3.

Bibliografia