写像柱(mapping cylinder)とは、連続写像 $f\colon X\to Y$ に対し、柱 $X\times[0,1]$ の端 $X\times\{1\}$ を $f$ で $Y$ に貼り付けた商空間 $M_f$ のことである。$M_f$ は $X$ と $Y$ を交わらない閉部分空間として含み、$Y$ に強変位レトラクトするので、任意の連続写像はホモトピー拡張性質をもつ包含とホモトピー同値の合成に取り替えられる。ホモトピー拡張性質をもつ対 $(X,A)$ に $A$ 上のホモトピー同値で空間を貼り付けてもホモトピー型が変わらないことは、写像柱を挟んで証明できる。円周の任意の写像の写像柱は CW 複体であり、次数 $2$ の写像の写像柱は Möbius の帯である。
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Hurewiczファイブレーション(Hurewicz fibration)とは、任意の位相空間をパラメータにもつホモトピーを、始点を指定して全空間へ持ち上げられる連続写像のことである。自明な射影、被覆写像、道の空間の終点への写像がその例で、任意の連続写像は写像道空間を使ってホモトピー同値とファイブレーションの合成に分解できる。底空間の道に沿ってファイバーをホモトピーを除いて輸送でき、同じ弧状連結成分の上のファイバーはホモトピー同値になる。numerable な開被覆の各開集合の上でファイブレーションなら全体でもファイブレーションであり、とくにパラコンパクト Hausdorff 空間を底とするファイバー束はファイブレーションである。
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Δ複体(Δ-complex)とは、標準単体から空間への連続写像の族であって、各点がちょうど 1 つの単体の内部の像に属し、単体の面への制限が頂点の順序を保ってまた族の単体になり、空間の位相が単体による逆像で決まるもの、またはそれを備えた空間である。単体複体と違って 1 つの単体の頂点が重なってもよく、トーラスや Klein の壺は三角形 2 個で作れる。Δ 複体は各次元の単体の集合と面の対応(半単体的集合)の幾何学的実現と同相であり、開単体を胞体とする CW 複体になる。2 回重心細分するといつも単体複体になり、単体的ホモロジーを計算する舞台として使われる。
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$C^r$構造の平滑化(smoothing of $C^r$ structures)とは、$1\le r<\infty$ のとき、多様体の $C^r$ 構造はそれと両立する(すなわちその座標近傍がすべて元の構造に属する)$C^\infty$ 構造を含み、そのような $C^\infty$ 構造は $C^\infty$ 微分同相を除いてただ $1$ つである、という定理である。存在は Whitney(1936)による。系として、$C^r$ 微分同相な滑らかな多様体は $C^\infty$ 微分同相であり、$r\ge1$ の $C^r$ 多様体の分類は滑らかな多様体の分類と一致する。$r=0$ では成り立たず、滑らかな構造をもたない位相多様体や、同相だが微分同相でない滑らかな多様体(異種球面)がある。
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実射影空間(real projective space)とは、$\mathbb{R}^{n+1}$ の原点を通る直線全体に商位相を入れた空間 $\mathbb{RP}^n$ のことで、球面 $S^n$ の対蹠点を同一視した空間とも、閉円板の境界の対蹠点を貼り合わせた空間とも同相である。各次元に胞体を 1 つずつもつ CW 複体であり、整数係数のホモロジーには奇数次に位数 $2$ の捩れが現れ、$n$ が奇数のときに限って向き付け可能である。$\mathbb{Z}/2$ 係数のコホモロジー環は $(\mathbb{Z}/2)[a]/(a^{n+1})$ であり、これから Borsuk–Ulam の定理が従う。トートロジー直線束は Stiefel–Whitney 類の計算の出発点で、$\mathbb{RP}^\infty$ は実直線束の分類空間である。
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Kleinの壺(Klein bottle)とは、正方形の上下の辺をそのまま、左右の辺を上下を反転して貼り合わせて得られる閉曲面である。2 つの Möbius の帯を縁の円周どうしで貼り合わせた空間とも、円周の反転による写像トーラスとも、平面を等長変換の群で割った空間とも同相である。基本群は $\langle\alpha,\beta\mid\alpha\beta\alpha^{-1}\beta\rangle$、ホモロジーは $H_1\cong\mathbb{Z}\oplus\mathbb{Z}/2$、$H_2=0$ で、Euler 標数はトーラスと同じ $0$ だが向き付け可能でない。射影平面 2 つの連結和と同相で、$\mathbb{R}^4$ には埋め込めるが $\mathbb{R}^3$ には埋め込めない。
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安定ホモトピー群(stable homotopy group)とは、基点付き空間 $X$ と整数 $k$ に対し、懸垂準同型の列 $\pi_{k+n}(\Sigma^nX)\to\pi_{k+n+1}(\Sigma^{n+1}X)$ の帰納極限として定まるアーベル群 $\pi_k^{\mathrm S}(X)$ である。Freudenthal の懸垂定理により、CW 複体ではこの列は $n\ge k+2$ で同型になり、$k<0$ では $0$、$\pi_0^{\mathrm S}(X)$ は $0$ 次の被約ホモロジーに等しい。安定ホモトピー群は完全性・楔和・懸垂同型をもち、基点付き CW 複体の上の被約ホモロジー論になる。$X=S^0$ の場合は球面の安定ホモトピー群(安定幹)で、$k\ge1$ では有限群である。
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写像錐(位相)(mapping cone)とは、連続写像 $f\colon X\to Y$ に対し、$X$ の錐 $CX$ の底面を $f$ で $Y$ に貼り付けた商空間 $C_f$ のことである。$Y$ からの写像が $C_f$ へ延びることは $f$ との合成が零ホモトピックであることと同値であり、被約ホモロジーには $f_*$ と $\tilde H_*(C_f)$ を結ぶ長完全列があるので、$f$ がホモロジーの同型を誘導することは $C_f$ の被約ホモロジーがすべて消えることと同値になる。ホモトピー拡張性質をもつ閉部分空間の包含では写像錐は商空間 $X/A$ とホモトピー同値で、写像錐をとる操作を繰り返すと Puppe 列が得られる。
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円周上のベクトル束の分類(classification of vector bundles over the circle)とは、円周 $S^1$ 上の階数 $k\ge1$ の実ベクトル束の同型類がちょうど 2 つあり、自明束 $\varepsilon^k$ と、Möbius 束 $M$ に自明束を足した $M\oplus\varepsilon^{k-1}$ が代表になるという定理である。どの束も区間上の自明束の両端を正則行列 $A$ で貼り合わせた束 $E_A$ と同型になり、$E_A$ と $E_B$ が同型であることは $\det A$ と $\det B$ の符号が等しいことと同値である。とくに円周の上では、束が自明であることと向き付け可能であることは同値である。複素ベクトル束はすべて自明で、滑らかな束と滑らかな同型でも同じ分類が成り立つ。
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線形代数学(linear algebra)とは、体 $K$ 上のベクトル空間(加法とスカラー倍が 8 つの公理を満たす集合)と、その間の線形写像、およびそれらを行列の計算によって調べる方法を研究する代数学の分野である。高校で学ぶ平面・空間のベクトルと連立1次方程式を抽象化した理論であり、行列の算術、連立1次方程式と掃き出し法、基底と表現行列、行列式、固有値問題と Jordan 標準形、内積空間と正規行列のユニタリ対角化、2次形式の標準形を主題とする。次元定理 $\dim V=\dim\ker T+\dim\operatorname{im}T$、表現行列と基底の取り替えの公式 $Q^{-1}AP$、相異なる固有値に属する固有ベクトルの線形独立性、行列式の乗法性、Jordan 標準形、スペクトル定理、Sylvester の慣性法則が基本定理であり、加群論・関数解析・表現論・体論へ一般化される。
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