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
- ↑ Frederic Schuller: Grassmann algebra and deRham cohomology. 2015. [dostęp 2025-02-02].
- ↑ Frank W. Warner: Foundations of Differentiable Manifolds and Lie Groups. Springer, 1983, s. 5.35. ISBN 0-387-90894-3.
- ↑ Frank W. Warner: Foundations of Differentiable Manifolds and Lie Groups. Springer, 1983, s. 5.36, 5.45. ISBN 0-387-90894-3.
Bibliografia
- Stanisław Balcerzyk: Wstęp do algebry homologicznej. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1972.
- Dustin Clausen: Algebraic de Rham cohomology. 2021. [dostęp 2025-02-02].
- John M. Lee: Introduction to Smooth Manifolds. Springer, 2012, seria: Graduate Texts in Mathematics. ISBN 978-1-4419-9981-8.
- Frederic Schuller: Grassmann algebra and deRham cohomology. 2015. [dostęp 2025-02-02].