切除定理(excision theorem)
相對同調 H_n(X, A) 應該度量「A 之外的 X」。直覺上,發生在 A 深處、遠離 A 與 X 其餘部分相遇之處的事,不該影響這個度量——你應該能切掉 A 內部的一塊而不改變相對同調。切除定理使這個直覺精確,它也是(與長正合序列並列)使同調根本可計算的兩個事實之一。
精確地說:設 Z 是一個子集,其閉包落在 A 的內部之中(故 Z 安全地埋在 A 裡)。則對的包含 (X 去掉 Z, A 去掉 Z) 進入 (X, A) 在相對同調上誘導同構,H_n(X 去掉 Z, A 去掉 Z) 同構於 H_n(X, A) 對每個 n。換言之:你可以切除——挖掉——埋藏的集 Z,從 X 與 A 兩者,而相對同調毫無察覺。有一個等價且常更方便的形式:若 X 被兩個子空間 A 與 B 的內部覆蓋,則 H_n(X, A) 同構於 H_n(B, A 交 B)。
為何不可或缺:切除正是讓你把同調計算局部化到有趣部分的鄰域。與對的長正合序列結合,它驅動球面同調的計算、胞腔同調與奇異同調一致的證明、邁耶-菲托里斯序列以及懸垂同構。沒有切除,相對同調只會是個毫無槓桿的定義;有了它,相對群就如局部資料般具體。
誠實的關卡是閉包條件。你只能切除那閉包嚴格落在 A 內部的集——你不能一路切到 A 觸及 X 其餘部分的邊界。若 Z 抵達「接縫」,切除便失效。定理也確實關乎良好的子空間對;最乾淨的陳述假設由內部覆蓋,對任意對則過渡到「良好對」或利用 CW 結構。
為計算 H_n(S^k),把 S^k 寫成兩個半球。設 A 為閉的下半球(可縮),U 為其中繞南極的小開帽;切除 U 後留下一對,其相對同調即上半球相對於赤道的同調。反覆迭代,切除加長正合序列得 H_n(S^k) = Z 當 n = 0 與 n = k,其餘為零。
切除把球面的計算局部化到一個半球相對於赤道。
你只能切除其閉包落在 A 內部的集——對觸及 A 與 X 其餘部分接縫的集,切除失效。這個假設不是技術細節;它正是定理可能崩壞之處。