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      "http://www.w3.org/Math/DTD/mathml2/xhtml-math11-f.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
<head>
  <title>Arun Ram: Simplicial Complexes</title>
  <style type="text/css">
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  p.right-number {    float:right;    margin-top:-28pt;    } /* floats content to rhs, and doesn't affect the other p tag */
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  <meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=UTF-8" />
</head>

<body>
<h2 style="text-align: center">Simplicial complexes</h2>

<p style="text-align: center">Arun Ram<br
style="margin-left: auto; margin-right: auto" />
Department of Mathematics<br style="margin-left: auto; margin-right: auto" />
University of Wisconsin<br style="margin-left: auto; margin-right: auto" />
Madison, WI 53706 USA<br style="margin-left: auto; margin-right: auto" />
ram@math.wisc.edu</p>

<p></p>

<h2>The concept</h2>

<p>The <em>standard <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>k</mi>
</math>-simplex</em> is</p>

<div class="pos">
<p class="dispeq"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>Δ</mi>
    <mi>k</mi>
  </msup>
  <mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <mo>(</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>,</mo>
  <mi>&hellip;</mi>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mi>k</mi>
  </msub>
  <mo>)</mo>
  <mo>&isin;</mo>
  <msubsup>
    <mi>&Ropf;</mi>
    <mi>&ge;0</mi>
    <mrow>
      <mi>k</mi>
      <mo>+</mo>
      <mn>1</mn>
    </mrow>
  </msubsup>
  <mo>&mid;</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>+</mo>
  <mi>&ctdot;</mi>
  <mo>+</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mi>k</mi>
  </msub>
  <mi>&le;</mi>
  <mn>1</mn>
  <mo>}</mo>
</math>.</p>
<br />
</div>

<p>PICTURE of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>Δ</mi>
    <mn>1</mn>
  </msup>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>Δ</mi>
    <mn>2</mn>
  </msup>
</math>.  More generally, take <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>,</mo>
  <mi>&hellip;</mi>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <mi>k</mi>
  </msub>
</math> linearly independent and let </p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Δ</mi>
  <mo>(</mo>
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>,</mo>
  <mi>&hellip;</mi>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <mi>k</mi>
  </msub>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>+</mo>
  <mi>&ctdot;</mi>
  <mo>+</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mi>k</mi>
  </msub>
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <mi>k</mi>
  </msub>
  <mo>&mid;</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>+</mo>
  <mi>&ctdot;</mi>
  <mo>+</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mi>k</mi>
  </msub>
  <mo>=</mo>
  <mn>1</mn>
  <mo>}</mo>
</math>.</p>

<p></p>

<p>A <em>simplicial complex</em> with vertex set <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>V</mi>
</math> is a collection <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Σ</mi>
</math> of finite subsets of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>V</mi>
</math> such that </p>
<ol>
  <li>If <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
      <mi>v</mi>
      <mi>&isin;</mi>
      <mi>V</mi>
    </math> then <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
      <mo>{</mo>
      <mi>v</mi>
      <mo>}</mo>
      <mi>&isin;</mi>
      <mi>Σ</mi>
    </math>.</li>
  <li>If <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
      <mi>σ</mi>
      <mi>&isin;</mi>
      <mi>Σ</mi>
    </math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
      <msup>
        <mi>σ</mi>
        <mi>&prime;</mi>
      </msup>
      <mi>&sube;</mi>
      <mi>σ</mi>
    </math> then <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
      <msup>
        <mi>σ</mi>
        <mi>&prime;</mi>
      </msup>
      <mi>&isin;</mi>
      <mi>Σ</mi>
    </math>,</li>
</ol>

<p>A <em>simplex</em> is an element of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Σ</mi>
</math>. A <em>vertex</em> is a simplex with one element. A <em>face</em> of
a simplex <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>σ</mi>
</math> is a subset of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>σ</mi>
</math>. A simplicial complex <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Σ</mi>
</math> is partially ordered by inclusion. A <em>chamber</em> is a maximal
simplex. </p>

<p>A <em>geometric realization</em> of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Σ</mi>
</math> is a topological space <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> whose structure is completely controlled by the simplicial complex
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Σ</mi>
</math> where each <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>k</mi>
</math>-simplex in <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Σ</mi>
</math> corresponds to a standard <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>k</mi>
</math>-simplex in <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math>. It is a bit challenging to make precise sense of the "completely
controlled by" in sufficient generality so it is better to ignore this
problem and use simplicial complexes for examples but avoid simplicial
complexes in general theory (see also the discussion in [Hatcher, p.107]).
Another historical solution is to use <em>simplicial sets</em> (see
[Gelfand-Manin Ch. 1 Sec. 2.1.2]).</p>

<p>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>V</mi>
  <mo>=</mo>
  <mtext>span</mtext>
  <mo>{</mo>
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <mn>1</mn>
  </msub>
  <mo>,</mo>
  <mi>&hellip;</mi>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <mi>n</mi>
  </msub>
  <mo>}</mo>
</math>. The <em>exterior algebra</em> of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>V</mi>
</math> is</p>

<div class="pos"> <p class="dispeq">
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mo>Λ</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>V</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <msubsup>
    <mo>&xoplus;</mo>
    <mrow>
      <mi>i</mi>
      <mo>=</mo>
      <mn>0</mn>
    </mrow>
    <mi>n</mi>
  </msubsup>
  <msup>
    <mo>Λ</mo>
    <mi>&ell;</mi>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mi>V</mi>
  <mo>)</mo>
  <mtext>,</mtext>
  <mspace width="1em"/>
</math> where <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mspace width="1em"/>
  <msup>
    <mo>Λ</mo>
    <mi>&ell;</mi>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mi>V</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mtext>span</mtext>
  <mo>{</mo>
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <msub>
      <mi>i</mi>
      <mn>1</mn>
    </msub>
  </msub>
  <mstyle scriptlevel="+1">
  <mo>&wedge;</mo>
  </mstyle>
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <msub>
      <mi>i</mi>
      <mn>2</mn>
    </msub>
  </msub>
  <mstyle scriptlevel="+1">
  <mo>&wedge;</mo>
  </mstyle>
  <mi>&ctdot;</mi>
  <mstyle scriptlevel="+1">
  <mo>&wedge;</mo>
  </mstyle>
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <msub>
      <mi>i</mi>
      <mi>&ell;</mi>
    </msub>
  </msub>
  <mo>&mid;</mo>
  <mn>1</mn>
  <mo>&lt;</mo>
  <msub>
    <mi>i</mi>
    <mn>1</mn>
  </msub>
  <mo>&lt;</mo>
  <msub>
    <mi>i</mi>
    <mn>2</mn>
  </msub>
  <mo>&lt;</mo>
  <mi>&ctdot;</mi>
  <mo>&lt;</mo>
  <msub>
    <mi>i</mi>
    <mi>&ell;</mi>
  </msub>
  <mo>&le;</mo>
  <mi>n</mi>
  <mo>}</mo>
</math></p>
<br />
</div>

<p>and the relation <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>x</mi>
  <mstyle scriptlevel="+1">
  <mo>&wedge;</mo>
  </mstyle>
  <mi>y</mi>
  <mo>=</mo>
  <mo>–</mo>
  <mi>y</mi>
  <mstyle scriptlevel="+1">
  <mo>&wedge;</mo>
  </mstyle>
  <mi>x</mi>
</math>.</p>

<p>The homology of a simplicial complex <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> is the homology of the complex</p>

<div class="pos"> <p class="dispeq">
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>&ctdot;</mi>
  <mo>&xrarr;</mo>
  <msup>
    <mi>C</mi>
    <mi>&ell;</mi>
  </msup>
  <mo>&xrarr;</mo>
  <msup>
    <mi>C</mi>
    <mrow>
      <mi>&ell;</mi>
      <mo>–</mo>
      <mn>1</mn>
    </mrow>
  </msup>
  <mo>&xrarr;</mo>
  <mi>&ctdot;</mi>
  <mspace width="1em"/>
</math> given by <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mspace width="1em"/>
  <msup>
    <mi>C</mi>
    <mi>&ell;</mi>
  </msup>
  <mo>=</mo>
  <mtext>span</mtext>
  <mo>{</mo>
</math><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <msub>
      <mi>i</mi>
      <mn>1</mn>
    </msub>
  </msub>
  <mstyle scriptlevel="+1">
  <mo>&wedge;</mo>
  </mstyle>
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <msub>
      <mi>i</mi>
      <mn>2</mn>
    </msub>
  </msub>
  <mstyle scriptlevel="+1">
  <mo>&wedge;</mo>
  </mstyle>
  <mi>&ctdot;</mi>
  <mstyle scriptlevel="+1">
  <mo>&wedge;</mo>
  </mstyle>
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <msub>
      <mi>i</mi>
      <mi>&ell;</mi>
    </msub>
  </msub>
</math>∣ {<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <msub>
      <mi>i</mi>
      <mn>1</mn>
    </msub>
  </msub>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <msub>
      <mi>i</mi>
      <mn>2</mn>
    </msub>
  </msub>
  <mo>,</mo>
  <mi>&hellip;</mi>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>v</mi>
    <msub>
      <mi>i</mi>
      <mi>&ell;</mi>
    </msub>
  </msub>
  <mo>}</mo>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>}</mo>
</math></p>
<br />
</div>

<p>with boundary map <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>d</mi>
  <mo>:</mo>
  <msup>
    <mi>C</mi>
    <mi>&ell;</mi>
  </msup>
  <mo>&rarr;</mo>
  <msup>
    <mi>C</mi>
    <mrow>
      <mi>&ell;</mi>
      <mo>–</mo>
      <mn>1</mn>
    </mrow>
  </msup>
</math> given by </p>

<div class="pos"> <p class="dispeq">
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>d</mi>
  <mo>(</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>1</mn>
  </msub>
  <mstyle scriptlevel="+1">
  <mo>&wedge;</mo>
  </mstyle>
  <mi>&ctdot;</mi>
  <mstyle scriptlevel="+1">
  <mo>&wedge;</mo>
  </mstyle>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mi>&ell;</mi>
  </msub>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <munderover>
    <mi>&sum;</mi>
    <mrow>
      <mi>j</mi>
      <mo>=</mo>
      <mn>1</mn>
    </mrow>
    <mi>&ell;</mi>
  </munderover>
  <mo>(</mo>
  <mo>–</mo>
  <mn>1</mn>
  <msup>
    <mo>)</mo>
    <mrow>
      <mi>j</mi>
      <mo>–</mo>
      <mn>1</mn>
    </mrow>
  </msup>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>1</mn>
  </msub>
  <mstyle scriptlevel="+1">
  <mo>&wedge;</mo>
  </mstyle>
  <mi>&ctdot;</mi>
  <mstyle scriptlevel="+1">
  <mo>&wedge;</mo>
  </mstyle>
    <msub>
      <mrow>
        <mover accent="true">
        <mi>x</mi>
        <mi>&Hat;</mi>
        </mover>
       </mrow>
      <mi>j</mi>
    </msub>
  <mstyle scriptlevel="+1">
  <mo>&wedge;</mo>
  </mstyle>
  <mi>&ctdot;</mi>
  <mstyle scriptlevel="+1">
  <mo>&wedge;</mo>
  </mstyle>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mi>n</mi>
  </msub>
</math>.</p>
<br />
</div>

<p></p>

<p></p>
</body>
</html>
