拓扑不变量只回答声明的问题,不会一次回答全部问题
目标: 为什么一个不变量相同不能证明两个空间同胚?
同胚保持全部拓扑性质,但直接证明两个空间不同胚可能很困难。不变量给空间分配同胚必须保持的代数数据,因此一个不同的数值就能否定同胚。 开始时先写明空间、映射、基点、系数群,以及所用的相等或等价关系。本章的准确结论是:若 I(X) 与 I(Y) 不同构,则 X 与 Y 不同胚;反过来一般不成立。
本章计算的对象是:拓扑不变量 I 给每个空间 X 分配对象 I(X),并使每个同胚 f:X→Y 诱导同构 I(f):I(X)→I(Y)。若反过来也成立,则称为完全不变量;本课大多数不变量都不完全。 代数拓扑只有在证明所得代数不随允许的形变改变之后,才能用代数替代几何形变问题。
请用准确题目“用连通分支数比较 X=[0,1]∪[2,3] 与 Y=[0,1]。它们能否同胚?还有什么没有证明?”重建构造,而不是只背定理名称。逐项检查边界映射或诱导映射,用第二种方法核验结果,并检验这个限制:区间 [0,1] 与一点同伦等价却不同胚;同伦不变量不能区分它们的同胚类型。
若 I(X) 与 I(Y) 不同构,则 X 与 Y 不同胚;反过来一般不成立。
假设存在同胚 f:X→Y;不变性会给出同构 I(f)。
I(X) 与 I(Y) 不同构,使这种同构不可能存在。
因此假设的同胚不存在;不变量相同只表示问题尚未判定。
用连通分支数比较 X=[0,1]∪[2,3] 与 Y=[0,1]。它们能否同胚?还有什么没有证明?
- X 的两个区间彼此分离,因此有两个连通分支;Y 只有一个。
- 同胚把连通分支一一对应,因此分支数必须相同。
- 分支数不同否定了同胚;但对分支数相同的其他空间,这个不变量本身不能作出结论。
结果: 它们不同胚,因为连通分支数 2≠1;分支数是不可能性的障碍,不是完全分类。