微分形式与外微积分

链与边界(chain and boundary)

要积分一个形式,你需要某个东西去积分,而单一光滑片往往不够——真实区域可能是好几块拼起来的,各有各的定向。链就是为此而设的记账装置:定向 k 维片(叫 k-胞腔或单纯形)的形式和,带整数系数,让你能把一片数两遍,或带负号翻转其定向。1-链是定向曲线段之和;2-链是定向曲面片拼成的补丁。

边界算子,用一个花体 d(这里记作 bd)表示,把 k-链变成它的 (k-1) 维边界,作为 (k-1)-链——并且仔细追踪定向。定向曲线段的边界是其终点减去起点。定向圆盘的边界是其逆时针绕行的边缘。实心球的边界是它的球面。各个号安排得使两片共享一条棱时,那条共享棱从两侧带着相反定向出现,在和里相消——这正是把补丁拼起来时内部切口消失的原因。

决定性的事实,d 平方等于零的镜像,是边界的边界为空:bd(bd of c) = 0。曲面有边缘,但那边缘是没有自身端点的闭回路;实体有表面,但那表面是没有边沿的闭曲面。这是 d 平方 = 0 的几何孪生,两者合在一起,使广义斯托克斯定理(d omega 在区域上的积分等于 omega 在其边界上的积分)成为形式上算子 d 与链上算子边界之间一种完美的对偶。

设 c 是从 A 到 B 的定向直线段。其边界是 bd c = B - A(终点记 +1,起点记 -1)。对 1-形式 df,它在 c 上的积分是 f(B) - f(A)——而你可以把它读作 f 在边界 bd c 上的积分,这正是最低阶的斯托克斯定理。

线段的边界是带号的端点;这正是驱动斯托克斯定理的记账法。

链是形式和,不是集合:系数 -1 不表示“去掉”,而表示“以反向定向计入”,而 2 倍一个胞腔是合法的链。正是这种代数记账,而非几何图像,让边界干净地相消。

又称
singular chainboundary operator链与边界算子鏈與邊界算子