可缩空间

                     

贡献者: JierPeter

预备知识 同伦

1. 收缩核映射

   首先我们要引入三个依次增强的概念。第一个是保核收缩映射,就是将拓扑空间映射到自身的子集(称为核)上,同时还保证核的元素都是映射的不动点;第二个是形变收缩映射,它是一种保核收缩映射,但是多了一个条件,要求拓扑空间中各点都连续地移动到核中;第三个是强形变收缩映射,它是一种形变收缩映射,同样多了一个条件,要求移动过程中时时刻刻保持核中的元素是不动点。

   下面,我们严格描述这三个概念。

定义 1 保核收缩映射

   设拓扑空间 X 及其子集 A。如果存在一个连续映射 f:XX,使得 f(X)=A,并且 aA,f(a)=a,那么称 fXA 的一个保核收缩映射,同时称 Af收缩核。保核收缩映射也可以简称保核收缩

定义 2 形变收缩映射

   设拓扑空间 X 及其子集 A。如果 fXA 的一个保核收缩,且 fiX,其中 iXXX 的恒等映射,那么称 fXA 的一个形变收缩映射,也可简称形变收缩。称 AX形变收缩核

   从映射的同伦和空间的同伦文章的习题 1 可知,同伦意味着映射的每个点都画出一条道路,或者说连续移动。因此,如果 X 有一个到 A 的形变收缩,那么 X 中的所有点都可以同时、连续地移动到 A 当中。

   形变收缩是比保核收缩更强的概念,这就意味着存在某个映射,它是保核收缩,但不是形变收缩。

例 1 

   设 X 是由平面上的一个开圆盘 A 和一个与 A 不相交的开圆环 B 取并集而得的。简单粗暴地设映射 f:XX 满足 aA,bB,存在一个 a0A,使得 f(a)=a,f(b)=a0。那么 f 是一个保核收缩,但不是形变收缩——很明显,B 中的点无法通过一条道路连续地移动到 a0A 上。

定义 3 强形变收缩映射

   设拓扑空间 X 及其子集 A。如果 fXA 的一个形变收缩,H:X×IX 是从 iXf 的同伦,且满足 tI,aA,有 H(a,t)=a,那么称 fXA 的一个强形变收缩映射,简称强形变收缩。称 AX 的强形变收缩核。

   强形变收缩要求在 X 的各点连续移动到 A 中时,A 中的点本身保持不动。

   从定义可以看出来,形变收缩还意味着 XA 是同伦的空间。这启发我们对同伦的认识:同伦的空间是能够通过连续变化而变成彼此的。和同胚不同的是,同伦只要求了连续变化,并不要求双射,这就使得我们可以将多个点映射到同一个点,甚至将拓扑空间降维。弦论中,形变收缩的性质对弦的世界环性质有重要意义。

2. 可缩空间

   可缩空间这一名称很直白,就是指可以被连续压缩为一个点的空间。

定义 4 零伦和可缩空间

   设拓扑空间 X 及其上一点 x0。如果存在一个从 Xx0 的形变收缩 f,那么称 X 是一个可缩空间,称 f 是一个零伦的映射。

例 2 锥空间

   锥空间 C~X 的定义见商拓扑的 “锥空间” 小节。对于任意的拓扑空间 X,其锥空间 C~X 都是可缩的。事实上,我们可以直接写出这个收缩 H:CX×I(x,0) 如下:

   xX,tnI,H((x,t1),t2)=(x,t1t2)

   也可以想象成,锥空间逐渐向顶点压缩。


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