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% komplex.tex -- simpliziale Komplexe und Kettenkomplexe
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% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
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\section{Kettenkomplexe
\label{buch:section:komplex}}
\rhead{Kettenkomplexe}
Die algebraische Struktur, die in Abschnitt~\ref{buch:subsection:triangulation}
konstruiert wurde, kann noch etwas abstrakter gefasst werden.
Es ergibt sich das im folgenden dargestellte Konzept eines Kettenkomplexes.
%Die Triangulation gibt also Anlass zu einem Kettenkomplex.
So lässt sich mittels Triangulation zu einem geometrischen Objekt ein algebraisches
Vergleichsobjekt konstruieren.
Im Idealfall lassen sich anschliessend geometrische Fragen mit
algebraischen Rechnungen zum Beispiel in Vektorräumen mit Matrizen
beantworten.
\subsection{Definition
\label{buch:subsection:kettenkomplex-definition}}
Die Operation $\partial$, die für Simplizes konstruiert worden ist,
war linear und hat die Eigenschaft $\partial^2$ gehabt.
Diese Eigenschaften reichen bereits für Definition eines Kettenkomplexes.
\begin{definition}
Eine Folge $C_0,C_1,C_2,\dots$ von Vektorräumen über dem Körper $\Bbbk$
mit einer Folge von linearen Abbildungen
$\partial_k\colon C_k \to C_{k-1}$, dem {\em Randoperator},
heisst ein Kettenkomplex, wenn $\partial_{k-1}\partial_k=0$ gilt
für alle $k>0$.
\end{definition}
Die aus den Triangulationen konstruierten Vektorräume von
Abschnitt~\ref{buch:subsection:triangulation} bilden einen
Kettenkomplex.
Dazu ist nur nachzurechnen, dass die Zusammensetzung der
Randoperatoren verschwindet.
Wegen der Linearität genügt es, dies für ein einzelnes Simplex zu tun.
Das haben wir aber bereits in Satz~\ref{buch:homologie:satz:randrand}
gemacht.
\subsection{Abbildungen
\label{buch:subsection:abbildungen}}
Wenn man verschiedene geometrische Objekte mit Hilfe von Triangulationen
vergleichen will, dann muss man auch das Konzept der Abbildungen zwischen
den geometrischen Objekten in die Kettenkomplexe transportieren.
Eine Abbildung zwischen Kettenkomplexen muss einerseits eine lineare
Abbildung der Vektorräume $C_k$ sein, andererseits muss sich eine
solche Abbildung mit dem Randoperator vertragen.
Wir definieren daher
\begin{definition}
Eine Abbildung $f_*$ zwischen zwei Kettenkomplexe $(C_*,\partial^C_*)$ und
$(D_*,\partial^D_*)$ heisst eine Abbildung von Kettenkomplexen, wenn
für jedes $k$
\begin{equation}
\partial^D_k
\circ
f_{k}
=
f_{k-1}
\circ
\partial^C_k
\label{buch:komplex:abbildung}
\end{equation}
gilt.
\end{definition}
Die Beziehung~\eqref{buch:komplex:abbildung} kann übersichtlich als
kommutatives Diagramm dargestellt werden.
\begin{equation}
\begin{tikzcd}
0
& C_0 \arrow[l, "\partial_0^C" above]
\arrow[d, "f_0"]
& C_1 \arrow[l,"\partial_1^C" above]
\arrow[d, "f_1"]
& C_2 \arrow[l,"\partial_2^C" above]
\arrow[d, "f_2"]
& \dots \arrow[l]
\arrow[l, "\partial_{3}^C" above]
& C_{k-1}
\arrow[l, "\partial_{k-1}^C" above]
\arrow[d, "f_{k-1}"]
& C_{k}\arrow[l, "\partial_{k}^C" above]
\arrow[d, "f_{k}"]
& \dots
\arrow[l,"\partial_{k+1}^C" above]
\\
0
& D_0 \arrow[l, "\partial_0^D" above]
& D_1 \arrow[l,"\partial_1^D" above]
& D_2 \arrow[l,"\partial_2^D" above]
& \dots \arrow[l]
\arrow[l, "\partial_{3}^D" above]
& D_{k-1}
\arrow[l, "\partial_{k-1}^D" above]
& D_{k}\arrow[l, "\partial_{k}^D" above]
& \dots
\arrow[l,"\partial_{k+1}^D" above]
\end{tikzcd}
\label{buch:komplex:abbcd}
\end{equation}
Die Relation~\eqref{buch:komplex:abbildung} drückt aus, dass man beliebig
den Pfeilen im Diagram~\eqref{buch:komplex:abbcd} folgen kann und
dabei zwischen zwei Vektorräumen unabhängig vom Weg die gleiche Abbildung
resultiert.
Die Verfeinerung einer Triangulation erzeugt eine solche Abbildung von
Komplexen.
% XXX simpliziale Approximation
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