古典的な(コ)ホモロジーに関してできれば知っていた方がいいこと

古典的な homology や cohomology について, 基本的な事柄は, 別のページにまとめた。 以下のことは, 必要になったときに勉強すればよいだろう。

  • 局所係数の(コ)ホモロジー。 より一般に 層のコホモロジーtwisted cohomology
  • コホモロジーは sequencial homotopy colimit を limit に変換するとは限らない。つまり包含写像から誘導される写像

    \[ H^*(\hocolim _{n\in \N } X_{n}) \longrightarrow \lim _{n\in \N } H^*(X_{n}) \]
    は全射ではあるが単射とは限らない。その kernel は \(\limitone H^*(X_{n})\) というものになる [Mil62]。 できた短完全列を Milnor の \(\limitone \) 完全列という。
  • コホモロジー作用素
  • Alexander の双対定理。つまり \(K\) を空でない \(S^n\) の閉部分集合で \(S^n\) 自身ではないものとする。\(K\) がそのある近傍の retract ならば

    \[ \widetilde {H}^{n-q}(K) \cong \widetilde {H}_{q-1}(S^n-K) \]
    という同型がある。
  • Poincaré duality などの双対性に関するいくつかの定理
  • Lefschetz の不動点定理
  • Cubical chain complex によるホモロジーとコホモロジーの定義
  • 可微分多様体de Rham コホモロジー

Cubical chain complex は, Serre による Serre スペクトル系列の構成で有効に使われた。 特に積を考えるときには, cubical chain の方が楽である。

可微分多様体の de Rham コホモロジーは, 特性類微分形式で表わしたりするときに必要になる。 Differential cohomology を定義するときにも必要になる

可微分多様体の \(\R \) 係数ホモロジーについては, de Rham の current を用いた記述がある。また Zinger が [Zin08] で pseudocycle という概念を用いて, 多様体の \(\Z \)係数ホモロジーと同型になる群を構成している。

Segal は, [Seg75] で total Chern class や total Stiefel-Whitney class を考えるために graded ring \(R_{*}\) に係数を持つホモロジー

\[ H^{q}(X;R_{*}) = \prod _{m=0}^{\infty } H^{m+q}(X;R_{q}) \]

を考えている。\(H^{0}(X;R_{*})\) は環になるが, その unit の成す群 \(G(X;R_{*})\) が cohomology theory になることを証明している。

その最後で, total Stiefel-Whitney class や total Chern class が, その cohomology theory を用いて cohomology theory の写像として拡張できるか, という問題を提示しているが, それは Boyer, Lawson, Lima-Filo, Mann, Michelsohn [Boy+93] により, algebraic cycle の成す空間を用いて, 肯定的に解決されている。また Carmeli と Luecke [CL] により, 別の視点から証明されている。

References

[Boy+93]

Charles P. Boyer, H. Blaine Lawson Jr., Paulo Lima-Filho, Benjamin M. Mann, and Marie-Louise Michelsohn. “Algebraic cycles and infinite loop spaces”. In: Invent. Math. 113.2 (1993), pp. 373–388. url: http://dx.doi.org/10.1007/BF01244311.

[CL]

Shachar Carmeli and Kiran Luecke. Tate-valued Characteristic Classes. arXiv: 2503.12134.

[Mil62]

J. Milnor. “On axiomatic homology theory”. In: Pacific J. Math. 12 (1962), pp. 337–341. url: http://projecteuclid.org/euclid.pjm/1103036730.

[Seg75]

Graeme Segal. “The multiplicative group of classical cohomology”. In: Quart. J. Math. Oxford Ser. (2) 26.103 (1975), pp. 289–293. url: https://doi.org/10.1093/qmath/26.1.289.

[Zin08]

Aleksey Zinger. “Pseudocycles and integral homology”. In: Trans. Amer. Math. Soc. 360.5 (2008), pp. 2741–2765. arXiv: math/0605535. url: http://dx.doi.org/10.1090/S0002-9947-07-04440-6.