DESA 03–05 Faculte des sciences Universit´
e Hassan II–Casa
Contents
1 Homologie et cohomologie 1
1.1.Alg´
ebredhomologie....................................... 1
1.2.Caract´
eristique d’Euler Poincar´
e d’un complexe de chaines . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3.Complexes de cochaines cohomologie suite exacte longue de cohomologie . . . . . . . 3
1`ere chapitre
Homologie et cohomologie
1.1.Alg´ebre d’homologie.Definition : Un complexe de chaines est une suite de
modules (Cn)nNet de morphismes de modules n:Cn+1 Cntels que no∂n+1 = 0. Autrement
dit Imn+1 Kern.les morphismes nsont en g´
en´
eral not´
es , sans indice et appel´
es morphismes
ou op´
erateurs de bord, et (C=nNCn, ∂)d´
esignera apr´
es les complexes de chaines
Remarque : Si Imn+1 =Kern, la suite est dite exacte longue.
Definition : Un morphisme de complexes de chaines φ: (C, ∂)(D, ∂0)est une suite de
morphismes de modules φn:CnDntelle que φno∂n+1 =0
nn+1,nN. autrement dit tel que
le diagramme suivant commute
C0
C1
Cn
Cn+1
φ0φ1
D0
0
D1
0
Dn
0
Dn+1
Remarque : On peut d´
efinir d’une fac¸on naturelle la compos´
ee de deux morphismes de chaines,
ainsi que le morphisme identit´
e.
Vocabulaire : Si (C, ∂)est un complexe de chaines les sous module de Cn, Zn(C) =kern1
s’appelle l’espace des n- cycles et Bn(C) =Imncelui des n-bords et le module quotient Hn(C) =
Zn(C)/Bn(C)est appel´
en´emegroupe d’homologie de C, et enfin on notera H(C) = nNHn(C).
Remarque : Un morphisme de complexes de chaines envoie cycles sur cycles et bords sur
bords en chaque degr´
e donc induit pour tout entier un morphisme de modules sur les groupes
d’homologie en posant f[x] = [f(x)] pour tout cycle x.
Definition : Soient φ, ψ :CDdeux morphismes de complexes de chaines. Une homotopie
entre eux est une suite de morphismes de modules γ:CnDn+1 telle que nNon a :
φψ=γ+γo∂
Le diagramme suivant n’est pas commutatif mais il donne une id´
ee du sens des fl´
eches.
Cn1CnCn+1
&γ ϕ ψ&γ
Dn1DnDn+1
Proposition : Si deux morphismes de complexes de chaines sont homotopes alors ils induisent le
mˆ
eme morphisme en homologie.
Preuve : Si xest un cycle de C, alors φ(x)ψ(x) = γ(x) + γo∂(x) = y avec y=γ(x), d’o `
u
[φ(x)] = [ψ(x)], donc φ[(x)] = ψ[(x)].
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Definition : Une suite exacte courte de complexes de chaines est la donn´
ee de complexes de
chaines (C, D, E)et de morphismes de complexes de chaines f:CD, g :DEtels que pour
tout nla suite de morphismes de modules 0Ef
Fg
G0soit exacte, c’est `
a dire : finjective,
gsurjective avec Imf=Kerg.
Th´eor`eme Soit f:CD, g :DEune suite exacte courte de complexes de chaines, alors il
existe une suite exacte longue de modules
. . . Hn+1(E)δ
Hn(C)f
Hn(D)g
Hn(E)δ
Hn1(C). . .
Preuve : Construisons tout d’abord le morphisme δ:Hn(E)Hn1(C). Soit zun n-cycle de E,
on d´
esire lui associer un n-cycle xde Cet un seul modulo un bord. Comme gnest surjective il existe
yDntel que gn(y) = z, d’autre part y Dn1et gn(y) = gn(y) = z = 0, donc, par exactitude
y Kergn=Imfn1, il existe donc xCn1tel que fn1(x) = y. On pose alors δ[z] = [x].
V´
erifions maintenant que δest bien d´
efini.
Tout d abord xest bien un cycle car fn2(x) = fn1(x) = y = 0, or fnest injective par
exactitude, d’o `
ux = 0.
D’autre part [x]ne d´
epend pas des choix de z dans [z]ni des ´
el´
ements y, x qui interviennent dans la
construction ci dessus. En effet soit z0, y0, x0un autre choix, alors [z0] = [z], g(y0) = z0, f(x0) = y0,
on ˆ
ote les indices sans crainte de perdre la g´
en´
eralit´
e. donc zEtel que : zz0=z00 et
soit yDtel que : z00 =g(y“), il existe grace `
a la surjection de gdˆ
ue `
a l’exactitude. Donc
g(yy0y“) = zz0g(y00) = zz0g(y“) = zz0z = 000, en utilisant
l’exactitude encore une fois au niveau de D, soit xCtel que : yy0y00 =f(x“), alors
f(xx0x“) = y y0f(x00) = y“ = 0, or fest injective, d’o `
uxx0x“ = 0, et
donc [x] = [x0].
V´
erifions maintenant l’exactitude de la suite au niveau de Hn(D), c’est `
a dire Imf=Kerg. On
sait que gof= (gof)0, d’o `
u Imfker g. R´
eciproquement soit yun cycle tel que : [y]kerg,d’o `
u
0 = g([y]) = [g(y)] et donc g(y)est bord, soit zEtel que : g(y) = z et soit y0Ctel que : z=
g(y0), il existe puisque gest surjective, donc g(yy0)=0, car gcommute avec , d’apr´
es
l’exactitude yy0Imf, soit donc xCtel que : yy0=f(x), donc [y] = [f(x)]. D’autre
part f(x) = f(x) = y y0= 0 car ycycle, et donc comme fest injective alors xest un cycle et
donc f[x] = [f(x)] = [y], d’o `
u[y]Imf.
V´
erifions ensuite l’exactitude au niveau de Hn(E), c’est `
a dire montrons que Img=kerδ. Si yest
un cycle de D, posons z=g(y)et xEtel que : [x] = δ[z], donc par construction de δon a f(x) = y
Comme y est un cycle et finjective , d’o `
ux= 0 et donc δog[y] = δ[g(y)] = δ[z] = [x] = 0, d’o `
u
δog= 0 et donc Imgkerδ.
R´
eciproquement montrons que kerδImg. Soit zun cycle de Etel que δ[z] = 0, x C, y D
construits comme pr´
ec´
edement tels que z=g(y)et f(x) = y donc [x] = δ[z] = 0, d’o `
uxest un
bord, soit x0Ctel que x=x0et y0=yf(x0), donc g(y0) = y=zcar gof = 0 en raison de
l’exactitude de la suite courte, en plus y0=y f(x0) = f(x)f(x0)=0, donc y0est un cycle
de D, donc g[y] = [g(y)] = [z], d’o `
u[z]Img.
Et de mˆ
eme on v´
erifie l’exactitude au niveau de Hn(E), c’est `
a dire montrer que Im δ=f. En
effet, avec les notations pr´
ec´
edentes f(δ[z]) = f[x] = [f(x)] = [y] = 0.
1.2.Caract´eristique d’Euler Poincar´e d’un complexe de chainesDans
cette partie on suppose que Aest un corps Soit Cun complexe de chaines. On note bkla dimension
sur Ade l’espace vectoriel Hk(C)qui s’appelle le k-´eme nombre de Betti de C. Si Cest de type fini,
c’est `
a dire si les ksont finis pour tout ket nuls pour kassez grand alors on pose
χC(X) =
+
X
k=0
(1)kbk
que l’on appelle la caract´eristique homologique d’Euler Poincar´e de C.
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Proposition Si Cest complexe de chaines de type fini alors :
χC(X) =
+
X
k=0
(1)kdim A(Ck)
Preuve On a k:CkCk1, donc Zk(C) = Ker k, Bk(C) = Im k+1, d’apr´
es la formule du
rang on a dim Ck= dim Zk(C) + dim Bk1(C), or bk= dim Zk(C)dim Bk(C), donc
dim Ckbk=(dim Bk+ dim Bk1), d’o `
u
+i
X
k=0
(1)kdim CkχC(X) =
+
X
k=0
(1)k+1(dim Bk+
dim Bk1) = dim B0+dim B1dim B1+dim B2+. . . = 0, car la somme altern´
ee avec la convention
C1= 0 et vu que la suite dim Bkest nulle `
a partir d’un certain rang.
1.3.Complexes de cochaines cohomologie suite exacte longue de co-
homologieUn complexe de cochaines (C, d)est une suite de modules (Cn)nNet de morphismes
de modules dn:CnCn+1 tels que dn+1odn= 0 nN.
Les fnsont appel´
es morphismes de cobord ou diff´erentielles.
On d´
efinit de mˆ
eme
un morphisme de complexes de cochaines φ:CDqui est une suite de morphismes de modules
φn:CnDntels que φod =doφ.
l’espace des n–cocycles Zn(C) = Ker dn
l’espace des n–cobords,Bn(C) = Im Cn1
le n–`eme groupe de cohomologie de Cqui est un module par Hn(C) = Zn(C)Bn(C)
l’application f:Hn(D)Hn(C)induite en cohomologie par un morphisme de complexes de
cochaines f:CDpar f[z] = [f(z)] si zest un n-cocycle de D.
FIN DU CHAPITRE
Mr. Hilali Page 3 / 3 FIN
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