Stiefel – Whitney sınıfı - Stiefel–Whitney class

İçinde matematik özellikle cebirsel topoloji ve diferansiyel geometri, Stiefel-Whitney sınıfları bir dizi topolojik değişmezler bir gerçek vektör paketi tanımlayan engeller her yerde bağımsız kümeler oluşturmak bölümler vektör paketinin. Stiefel – Whitney sınıfları 0'dan n, nerede n vektör demetinin sıralamasıdır. Dizinin Stiefel-Whitney sınıfı ben sıfır değildir, o zaman olamaz (nben+1) vektör demetinin her yerde doğrusal olarak bağımsız bölümleri. Sıfır olmayan nStiefel-Whitney sınıfı, paketin her bölümünün bir noktada kaybolması gerektiğini belirtir. Sıfırdan farklı bir birinci Stiefel – Whitney sınıfı, vektör demetinin yönlendirilebilir. Örneğin, ilk Stiefel-Whitney sınıfı Mobius şeridi, olarak hat demeti dairenin üzerinde sıfır değildir, oysa ilk Stiefel-Whitney sınıfı önemsiz hat demeti çemberin üzerinde S1×R, sıfırdır.

Stiefel-Whitney sınıfı, Eduard Stiefel ve Hassler Whitney ve bir örnektir Z/2Z -karakteristik sınıf gerçek vektör demetleriyle ilişkili.

Cebirsel geometride dejenere olmayan ikinci dereceden biçime sahip vektör demetleri için benzer Stiefel-Whitney sınıfları tanımlanabilir, etale kohomoloji grupları veya içinde Milnor K-teorisi. Özel bir durum olarak, alanlar üzerindeki ikinci dereceden formlar için Stiefel-Whitney sınıfları tanımlanabilir; ilk iki durum ayrımcı ve Hasse-Witt değişmez (Milnor 1970 ).

Giriş

Genel sunum

Gerçek bir vektör paketi için E, Stiefel-Whitney sınıfı E ile gösterilir w(E). Bu bir unsurdur kohomoloji halkası

İşte X ... temel alan paketin E, ve Z/2Z (genellikle alternatif olarak gösterilir Z2) değişmeli halka tek elemanları 0 ve 1 olan bileşen nın-nin w(E) içinde Hben(X; Z/2Z) ile gösterilir wben(E) ve aradı ben-th Stiefel-Whitney sınıfı E. Böylece w(E) = w0(E) + w1(E) + w2(E) + ⋅⋅⋅her biri nerede wben(E) bir unsurdur Hben(X; Z/2Z).

Stiefel-Whitney sınıfı w(E) bir değişmez gerçek vektör demetinin E; yani ne zaman F aynı temel alana sahip başka bir gerçek vektör demetidir X gibi E, ve eğer F dır-dir izomorf -e E, ardından Stiefel – Whitney sınıfları w(E) ve w(F) eşittir. (Buraya izomorf var olduğu anlamına gelir vektör demeti izomorfizmi E → F hangi kapakları kimlik İDX : X → XGenel olarak iki gerçek vektör demetinin olup olmadığına karar vermek zordur. E ve F izomorfik, Stiefel – Whitney sınıfları w(E) ve w(F) genellikle kolayca hesaplanabilir. Farklı iseler bilir ki E ve F izomorfik değildir.

Örnek olarak, bitmiş daire S1, var hat demeti (yani gerçek bir vektör demeti sıra 1) izomorfik değildir önemsiz paket. Bu hat paketi L ... Mobius şeridi (hangisi bir lif demeti lifleri bir vektör demeti haline gelecek şekilde vektör uzay yapılarıyla donatılabilen). Kohomoloji grubu H1(S1; Z/2Z) 0 dışında yalnızca bir öğeye sahiptir. Bu öğe, ilk Stiefel – Whitney sınıfıdır w1(L) nın-nin L. Önemsiz çizgi demeti bittiğinden beri S1 ilk Stiefel – Whitney sınıfı 0'a sahiptir, izomorfik değildir L.

İki gerçek vektör demeti E ve F Aynı Stiefel – Whitney sınıfına sahip olanların izomorfik olması gerekmez. Bu, örneğin E ve F aynı taban uzay üzerinde farklı derecelerin önemsiz gerçek vektör demetleridir X. Ne zaman da olabilir E ve F aynı rütbeye sahip: teğet demet of 2 küre S2 ve 2. seviyenin önemsiz gerçek vektör paketi S2 aynı Stiefel – Whitney sınıfına sahiptir, ancak bunlar izomorfik değildir. Ama eğer iki gerçek hat demetler bitti X aynı Stiefel – Whitney sınıfına sahipse, bunlar izomorfiktir.

Kökenler

Stiefel-Whitney sınıfları wben(E) adını al çünkü Eduard Stiefel ve Hassler Whitney onları keşfetti mod-2 indirimler engelleme sınıfları inşa etmek nben + 1 her yerde Doğrusal bağımsız bölümler of vektör paketi E ile sınırlı ben- iskeleti X. Buraya n vektör demetinin lifinin boyutunu gösterir FEX.

Kesin olmak gerekirse, sağlanan X bir CW kompleksi, Whitney tanımlı sınıflar Wben(E) içinde benhücresel kohomoloji grubu nın-nin X bükülmüş katsayılarla. Katsayı sistemi (ben−1) -st homotopi grubu of Stiefel manifoldu Vnben+1(F) nın-nin (nben+1) liflerinde doğrusal bağımsız vektörler E. Whitney kanıtladı Wben(E) = 0 ancak ve ancak Eile sınırlandırıldığında ben- iskeleti X, vardır (nben+1) doğrusal bağımsız bölümler.

Π'den beriben−1Vnben+1(F) sonsuzdurdöngüsel veya izomorf -e Z/2Z, var kanonik azalma Wben(E) sınıflara sınıflar wben(E) ∈ Hben(X; Z/2Z) Stiefel – Whitney sınıfları. Üstelik her zaman πben−1Vnben+1(F) = Z/2Ziki sınıf aynıdır. Böylece, w1(E) = 0 ancak ve ancak paket E → X dır-dir yönlendirilebilir.

w0(E) sınıfı hiçbir bilgi içermez, çünkü tanım gereği 1'e eşittir. Whitney tarafından yaratılması, yaratıcı bir gösterim eylemiydi. Whitney toplamı Formül w(E1E2) = w(E1)w(E2) doğru olmak.

Tanımlar

Boyunca, Hben(X; G) gösterir tekil kohomoloji bir alanın X katsayıları ile grup G. Kelime harita demek her zaman bir sürekli işlev arasında topolojik uzaylar.

Aksiyomatik tanım

Stiefel-Whitney karakteristik sınıfı sonlu bir gerçek vektör demetinin E bir parakompakt taban alanı X aşağıdaki aksiyomların yerine getirildiği benzersiz bir sınıf olarak tanımlanır:

  1. Normalleştirme: Whitney sınıfı totolojik hat demeti üzerinde gerçek yansıtmalı alan P1(R) önemsizdir, yani .
  2. Derece: w0(E) = 1 ∈ H0(X), ve için ben rütbesinin üstünde E, , yani,
  3. Whitney ürün formülü: yani, doğrudan bir toplamın Whitney sınıfı, fincan ürünü zirvelerin sınıfları.
  4. Doğallık: herhangi bir gerçek vektör paketi için EX ve harita , nerede gösterir geri çekilme vektör paketi.

Bu sınıfların benzersizliği, örneğin Husemoller'deki 17.2 - 17.6 numaralı bölümde veya Milnor ve Stasheff'te 8. bölümde kanıtlanmıştır. Varoluşun, çeşitli yapılardan gelen, birkaç farklı tattan gelen birkaç kanıtı vardır, bunların tutarlılığı birlik ifadesiyle sağlanır.

Tanım üzerinden sonsuz Grassmannians

Sonsuz Otmanyalılar ve vektör demetleri

Bu bölüm, kavramını kullanan bir yapıyı açıklamaktadır. alanı sınıflandırmak.

Herhangi bir vektör uzayı için V, İzin Vermek Grn(V) belirtmek Grassmanniyen, alanı nboyutlu doğrusal alt uzaylar Vve sonsuz Grassmannian'ı gösterir

.

İle donatılmış olduğunu hatırlayın totolojik paket bir rütbe n önemsiz lif demetinin alt grubu olarak tanımlanabilecek vektör demeti V bir noktada kimin lifi ile temsil edilen alt uzaydır .

İzin Vermek f : XGrn, sonsuz Grassmannian için sürekli bir harita olun. Ardından, izomorfizme kadar, haritanın neden olduğu yığın f açık X

yalnızca haritanın homotopi sınıfına bağlıdır [f]. Geri çekme işlemi böylece setten bir morfizm verir

haritaların XGrn modulo kümeye homotopi denkliği

derece vektör demetlerinin izomorfizm sınıflarının n bitmiş X.

(Bu yapıda önemli olan gerçek şudur: X bir parakompakt uzay, bu harita bir birebir örten. Sonsuz Grassmannians'ı vektör demetlerinin sınıflandırma uzayları olarak adlandırmamızın nedeni budur.)

Şimdi, yukarıdaki doğallık aksiyomuna (4) göre, . Bu nedenle, prensipte, hepsi için j. Bununla birlikte, kohomoloji halkası belirli jeneratörlerde ücretsizdir standart bir hücre ayrışmasından kaynaklanır ve daha sonra bu jeneratörlerin aslında sadece tarafından verildiği ortaya çıkar. . Bu nedenle, herhangi bir sıra n paketi için, , nerede f uygun sınıflandırma haritasıdır. Bu özellikle Stiefel-Whitney sınıflarının varlığının bir kanıtını sağlar.

Hat demetleri durumu

Şimdi yukarıdaki yapıyı satır demetleri ile sınırlıyoruz, yani alanı düşünüyoruz, Vect1(X) üzerinde satır demetleri X. Çizgilerin Grassmann'ı Gr1 sadece sonsuz mu projektif uzay

sonsuz küre tarafından iki kat kaplanan S tarafından karşıt noktalar. Bu küre S dır-dir kasılabilir, Böylece sahibiz

Bu nedenle P(R) Eilenberg-Maclane uzayı K (Z/2Z, 1).

Eilenberg-Maclane uzaylarının bir özelliğidir,

herhangi Xtarafından verilen izomorfizm ile ff *η, burada η jeneratördür

.

Önceki yorumu uygulayarak α: [X, Gr1] → Vect1(X) aynı zamanda bir bijeksiyondur, bir bijeksiyon elde ederiz

bu Stiefel – Whitney sınıfını tanımlar w1 hat demetleri için.

Hat demetleri grubu

Vect ise1(X) tensör çarpımı altında bir grup olarak kabul edilir, ardından Stiefel-Whitney sınıfı, w1 : Vect1(X) → H1(X; Z/2Z), bir izomorfizmdir. Yani, w1(λ ⊗ μ) = w1(λ) + w1(μ) tüm hat demetleri için λ, μ → X.

Örneğin, H1(S1; Z/2Z) = Z/2Z, çemberin üzerinde izomorfizmi birleştirmek için sadece iki çizgi demeti vardır: önemsiz olan ve açık Möbius şeridi (yani, sınırları silinmiş Möbius şeridi).

Aynı yapı karmaşık vektör demetleri gösterir ki Chern sınıfı karmaşık çizgi demetleri arasında bir bağlantı tanımlar X ve H2(X; Z), çünkü ilgili sınıflandırma alanı P(C), bir K (Z, 2). Bu izomorfizm topolojik çizgi demetleri için doğrudur, cebirsel vektör demetleri için Chern sınıfının enjektivitesinin engellenmesi Jacobian çeşidi.

Özellikleri

Kaybolmanın topolojik yorumu

  1. wben(E) = 0 her zaman ben > sıra (E).
  2. Eğer Ek vardır bölümler hangisi her yerde Doğrusal bağımsız sonra üst düzey Whitney sınıfları kayboluyor: .
  3. İlk Stiefel – Whitney sınıfı sıfırdır ancak ve ancak paket yönlendirilebilir. Özellikle bir manifold M yönlendirilebilir ancak ve ancak w1(TM) = 0.
  4. Paket kabul ediyor spin yapısı ancak ve ancak hem birinci hem de ikinci Stiefel – Whitney sınıfları sıfırsa.
  5. Yönlendirilebilir bir paket için, ikinci Stiefel-Whitney sınıfı doğal haritanın görüntüsündedir H2(M, Z) → H2(M, Z/2Z) (eşdeğer olarak, sözde üçüncü integral Stiefel – Whitney sınıfı sıfırdır) ancak ve ancak paket bir dönüşü kabul edersec yapı.
  6. Tüm Stiefel-Whitney sayılar (aşağıya bakınız) pürüzsüz bir kompakt manifoldun X ancak ve ancak manifold bazı pürüzsüz kompakt (yönsüz) manifoldun sınırı ise kaybolur (Uyarı: Bazı Stiefel-Whitney sınıf Tüm Stiefel Whitney olsa bile yine de sıfırdan farklı olabilir sayılar kaybol!)

Stiefel-Whitney sınıflarının benzersizliği

Çizgi demetleri için yukarıdaki eşleştirme, yukarıdaki dört aksiyomu karşılayan herhangi bir functor θ eşittir w, aşağıdaki argüman ile. İkinci aksiyom, θ (γ1) = 1 + θ11). Dahil etme haritası için ben : P1(R) → P(R), geri çekilme paketi eşittir . Böylece, birinci ve üçüncü aksiyom şu anlama gelir:

Haritadan beri

bir izomorfizmdir ve θ (γ1) = w1) takip et. İzin Vermek E gerçek bir vektör rütbe kümesi olmak n boşlukta X. Sonra E itiraf ediyor bölme haritası yani bir harita f : X ′X biraz boşluk için X ′ öyle ki enjekte edici ve bazı hat demetleri için . Üzerindeki herhangi bir satır grubu X formda bazı harita için g, ve

doğallıkla. Böylece θ = w açık . Bunun üzerindeki dördüncü aksiyomdan çıkar

Dan beri enjekte edici, θ = w. Dolayısıyla, Stiefel-Whitney sınıfı, yukarıdaki dört aksiyomu karşılayan tek işlevdir.

Aynı Stiefel-Whitney sınıflarına sahip izomorfik olmayan paketler

Harita olmasına rağmen w1 : Vect1(X) → H1(X; Z/2Z) bir bağlantıdır, karşılık gelen harita daha yüksek boyutlarda illa ki enjekte edici değildir. Örneğin, teğet demetini düşünün TSn için n hatta. Kanonik yerleştirme ile Sn içinde Rn+1normal paket ν to Sn bir satır demetidir. Dan beri Sn yönlendirilebilir, ν önemsizdir. Toplam TSn ⊕ ν sadece TRn+1 -e Snberi önemsiz olan Rn+1 kasılabilir. Bu nedenle w(TSn) = w(TSn)w(ν) = w (TSn ⊕ ν) = 1. Ancak, n'nin çift olması koşuluyla, TSnSn önemsiz değil; onun Euler sınıfı , nerede [Sn] bir temel sınıf nın-nin Sn ve χ Euler karakteristiği.

İlgili değişmezler

Stiefel-Whitney sayıları

Bir çok boyut üzerinde çalışırsak n, o zaman Stiefel-Whitney sınıflarının toplam derecedeki herhangi bir ürünün ile eşleştirilebilir Z/2Z-temel sınıf manifoldun bir elemanını vermek için Z/2Z, bir Stiefel-Whitney numarası vektör paketinin. Örneğin, manifoldun boyutu 3 varsa, doğrusal olarak bağımsız üç Stiefel-Whitney numarası vardır. . Genel olarak, manifoldun boyutu varsa nolası bağımsız Stiefel-Whitney sayılarının sayısı, bölümler nın-ninn.

Düzgün bir manifoldun teğet demetinin Stiefel-Whitney sayıları, manifoldun Stiefel-Whitney sayıları olarak adlandırılır. Oldukları biliniyor kobordizm değişmezler. Tarafından kanıtlandı Lev Pontryagin Eğer B pürüzsüz bir kompakttır (n+1) –boyutlu manifold M, ardından Stiefel-Whitney sayıları M hepsi sıfır.[1] Dahası, tarafından kanıtlandı René Thom eğer tüm Stiefel-Whitney sayıları M sıfır o zaman M bazı pürüzsüz kompakt manifoldun sınırı olarak gerçekleştirilebilir.[2]

Bir Stiefel-Whitney önemi sayısı ameliyat teorisi ... de Rham değişmez bir (4k+1) boyutlu manifold,

Wu sınıfları

Stiefel-Whitney sınıfları wk bunlar Steenrod kareleri of Wu sınıfları vk, tarafından tanımlanan Wu Wenjun içinde (Wu 1955 ). En basit haliyle, toplam Stiefel-Whitney sınıfı, toplam Wu sınıfının toplam Steenrod karesidir: Sq(v) = w. Wu sınıfları, genellikle Steenrod karelerini temsil eden kohomoloji sınıfı olarak Steenrod kareleri açısından örtük olarak tanımlanır. Manifoldu bırak X olmak n boyutlu. Ardından, herhangi bir kohomoloji sınıfı için x derece n-k, . Ya da daha dar olarak talep edebiliriz yine kohomoloji dersleri için x derece n-k.[3]

Integral Stiefel – Whitney sınıfları

Eleman denir ben + 1 integral Stiefel-Whitney sınıfı, burada β, Bockstein homomorfizmi, indirgeme modülü 2'ye karşılık gelir, ZZ/2Z:

Örneğin, üçüncü ayrılmaz Stiefel-Whitney sınıfı, bir Çevirmekc yapı.

Steenrod cebiri üzerinden ilişkiler

Üzerinde Steenrod cebiri, pürüzsüz bir manifoldun Stiefel-Whitney sınıfları (teğet demetinin Stiefel-Whitney sınıfları olarak tanımlanır), formdakiler tarafından oluşturulur . Özellikle, Stiefel-Whitney sınıfları, Wu formülü, adına Wu Wenjun:[4]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Pontryagin, Lev S. (1947). "Türevlenebilir manifoldlarda karakteristik çevrimler". Mat. Sbornik N.S. (Rusça). 21 (63): 233–284.
  2. ^ Milnor, John W.; Stasheff, James D. (1974). Karakteristik Sınıflar. Princeton University Press. pp.50 –53. ISBN  0-691-08122-0.
  3. ^ Milnor, J. W .; Stasheff, J.D. (1974). Karakteristik Sınıflar. Princeton University Press. pp.131 –133. ISBN  0-691-08122-0.
  4. ^ (Mayıs 1999, s. 197)

Dış bağlantılar