Космос (математика)
В математическом предмете геометрической теории групп космическое пространство Каллера -Фогтмана или просто космическое пространство F свободной группы n представляет собой топологическое пространство, состоящее из так называемых «маркированных метрических графовых структур» объема 1 на F n . Внешнее пространство, обозначаемое или Xn CVn , Out снабжено действием группы внешних ( Fn ) автоморфизмов группы Fn . естественным Космическое пространство было представлено в статье 1986 года. [1] и Марка Каллера Карен Фогтманн и служит свободным групповым аналогом пространства Тейхмюллера гиперболической поверхности. Космическое пространство используется для изучения групп гомологий и когомологий Out( Fn ) , а также для получения информации об , геометрических и динамических свойствах Out( Fn ) , ее подгрупп и отдельных внешних автоморфизмов Fn алгебраических . Пространство X n также можно рассматривать как множество F n -эквивариантных типов изометрии минимальных свободных дискретных изометрических действий F n на F n на R -деревьях T таких, что факторметрический граф T / F n имеет объем 1.
История [ править ]
Космическое пространство был представлен в статье 1986 года [1] Марка Каллера и Карен Фогтманн , вдохновленные аналогией с пространством Тейхмюллера гиперболической поверхности. Они показали, что естественное действие на является надлежащим образом разрывным , и что является сжимаемым .
В той же статье Каллер и Фогтман построили вложение через функции длины трансляции , обсуждаемые ниже, в бесконечномерное проективное пространство , где – множество нетривиальных классов сопряженности элементов . Они также доказали, что закрытие из в компактен.
Позднее объединение результатов Коэна и Люстига [2] и о Бествине и Фейне [3] выявлено (см. раздел 1.3 [4] ) пространство с пространством проективных классов «очень малых» минимальных изометрических действий на -деревья .
Формальное определение [ править ]
Графики отмеченных показателей [ править ]
Пусть n ≥ 2. Для свободной группы F n зафиксируем «розу» R n , то есть клин из n окружностей, вклиненных в вершину v , и зафиксируем изоморфизм между F n и фундаментальной группой π 1 ( R n , v ) R n . С этого момента мы отождествляем F n и π 1 ( R n , v ) посредством этого изоморфизма.
Разметка → Γ, где Γ на Fn без состоит из эквивалентности f : Rn гомотопической — конечный связный граф вершин первой и второй степени. С точностью до (свободной) гомотопии f f однозначно определяется изоморфизмом # : π 1 ( Rn ) → π 1 ( Γ) , то есть изоморфизмом F n → π 1 (Γ).
Метрический граф — это конечный связный граф. вместе с присвоением каждому топологическому ребру e графа Γ положительного вещественного числа L ( e называемого длиной e ) , .Объем . метрического графа — это сумма длин его топологических ребер
Размеченная структура метрического графа на Fn состоит из маркировки f : Rn → Γ вместе со структурой метрического графа L на Γ.
Две отмеченные метрические структуры-графы f 1 : Rn если → Γ 1 и f 2 : Rn 2 → Γ 2 эквивалентны , существует изометрия θ : Γ 1 → Γ 1 гомотопии имеем θ o f такая, что с точностью до свободной знак равно ж 2 .
Космическое пространство X n состоит из классов эквивалентности всех структур маркированных метрических графов первого объема на F n .
в космическом пространстве Слабая топология
Открыть простой [ изменить ]
Пусть f : Rn k → Γ, где Γ — маркировка, и пусть — количество топологических ребер в Γ. Упорядочим ребра Γ как 1 , ..., ek . e Позволять
– стандартный ( k − 1)-мерный открытый симплекс в R к .
данного f существует естественное отображение j : Δk → Xn , Для где для x ( x1 из ,..., xk ) ∈ Δk точка j ( x ) Xn задается = маркировкой f вместе со структурой метрического графа L на Γ такой, что L ( e i ) = x i для i = 1, ..., k .
Можно показать, что j на самом деле является инъективным отображением, то есть различные точки Δ k соответствуют неэквивалентным отмеченным метрическим графовым структурам на F n .
Множество j (∆k ) называется открытым симплексом в Xn , соответствующим f , и обозначается S ( f ). По построению Xn на является объединением открытых симплексов, соответствующих всем Fn . разметкам Заметим, что два открытых симплекса в X n либо не пересекаются, либо совпадают.
Закрытый простой [ править ]
Пусть f : Rn k → Γ, где Γ — маркировка, и пусть — количество топологических ребер в Γ. и прежде, мы упорядочим ребра Γ как e 1 , ..., ek Как . Определим Δ k ′ ⊆ R к как множество всех x = ( x 1 , ..., x k ) ∈ R к , такой, что , такой, что каждый x i ≥ 0 и такой, что множество всех ребер e i в с x i = 0 является подлесом в Γ.
Отображение j : Δ k → X n продолжается до отображения h : Δ k ′ → X n следующим образом. Для x в Δ k поместите h ( x ) = j ( x ). Для x ∈ Δ k ′ − Δ k точка h ( x ) из X n получается путем взятия маркировки f и стягивания всех ребер e i из X n. с x i = 0 для получения новой разметки f 1 : R n → Γ 1 и затем присвоения каждому сохранившемуся ребру e i Γ 1 длины x i > 0.
Можно показать, что для любой разметки f отображение h : ∆ k ′ → X n по-прежнему инъективно. Образ h называется замкнутым симплексом в X n, соответствующим f, и обозначается S ′( f ). Каждая точка в X n принадлежит только конечному числу замкнутых симплексов, а точка X n, представленная маркировкой f : R n → Γ, где граф Γ трехвалентен, принадлежит единственному замкнутому симплексу в X n , а именно S ′( е ).
Слабая топология космического пространства X n определяется утверждением, что подмножество C в X n замкнуто тогда и только тогда, когда для каждой маркировки f : R n → Γ множество h −1 ( C ) замкнуто в Δ k ′. В частности, отображение h : ∆ k ′ → X n является топологическим вложением .
Точки космического пространства как действия на деревьях [ править ]
Пусть x — точка в X n, заданная маркировкой f : R n объема один → Γ со структурой метрического графа L на Γ. Пусть T — универсальное покрытие Γ. Таким образом, T — односвязный граф , то есть T — топологическое дерево. Мы также можем поднять метрическую структуру L до T, придав каждому ребру T ту же длину, что и длина его образа в Γ. Это превращает T в метрическое пространство ( T , d ), которое является реальным деревом . Фундаментальная группа π 1 (Γ) действует на T путем накрытия преобразований , которые также являются изометриями ( T , d ), с фактор-пространством T / π 1 (Γ) = Γ. Поскольку индуцированный гомоморфизм f # является изоморфизмом между F n = π 1 ( R n ) и π 1 ( ), мы также получаем изометрическое действие F n на T с T / F n = Γ. Это действие является свободным и дискретным . Поскольку Γ — конечный связный граф без вершин первой степени, это действие также минимально , а это означает, что T не имеет собственных F n -инвариантных поддеревьев.
Более того, каждое минимальное свободное и дискретное изометрическое действие F n на вещественном дереве с фактором, являющимся метрическим графом объема один, возникает таким образом из некоторой точки x из X n . Это определяет биективное соответствие между X n и множеством классов эквивалентности минимальных свободных и дискретных изометрических действий F n на вещественных деревьях с факторами объема один. При этом два таких действия F n на вещественные деревья T 1 и T 2 эквивалентны , если существует F n -эквивариантная изометрия между T 1 и T 2 .
Функции длины [ править ]
Дайте действие F n на реальном дереве T , как указано выше, можно определить функцию длины перевода, связанную с этим действием:
Для g ≠ 1 существует (уникальная) изометрически внедренная копия R в T , называемая осью g , такая, что g действует на эту ось путем перемещения величины . По этой причине называется трансляции длиной g . Для любых g , u в F n имеем , это функция постоянен на каждом классе сопряженности в G .
В отмеченной метрической графической модели функции длины перемещения космического пространства можно интерпретировать следующим образом. Пусть T в Xn → Γ со представлена маркировкой f : Rn объема один на Γ структурой метрического графа L . Пусть g ∈ F n = π 1 ( R n ). Сначала протолкните g вперед через f # , чтобы получить замкнутый контур в Γ, а затем подтяните этот цикл к погруженному контуру в Γ. - длина L этой цепи — это длина трансляции г.
Основной общий факт из теории действий групп на реальных деревьях гласит, что точка космического пространства однозначно определяется своей функцией длины трансляции. А именно, если два дерева с минимальными свободными изометрическими действиями F n определяют функции одинаковой длины переноса на F n, то эти два дерева являются F n -эквивариантно изометрическими. Отсюда и карта из Xn в множество R функций на Fn - значных инъективно.
определяют Топологию функции длины или топологию осей на X n следующим образом. каждого T в Xn Для , каждого конечного подмножества K в Fn и каждого ε > 0 пусть
В топологии функции длины для каждого T в X n базис окрестностей T — в X n задается семейством V T ( K , ε ), где K конечное подмножество F n и где ε > 0.
Сходимость последовательностей в топологии функции длины можно охарактеризовать следующим образом. Для T в X n и последовательности T i в X n мы имеем тогда и только тогда, когда для каждого g из F n имеем
Gromov topology [ edit ]
Другая топология на — это так называемая топология Громова или эквивариантная топология сходимости Громова–Хаусдорфа , которая обеспечивает версию сходимости Громова–Хаусдорфа , адаптированную к условиям изометрического группового действия.
При определении топологии Громова следует думать о точках как действия на -деревья.Неформально, дано дерево , другое дерево находится «близко» к в топологии Громова, если для некоторых больших конечных поддеревьев и большое конечное подмножество существует «почти изометрия» между и в отношении которого (частичные) действия на и почти согласен. Формальное определение топологии Громова см. [5]
слабых, функции длины и Совпадение топологий Громова
Важный основной результат утверждает, что топология Громова, слабая топология и топология функции длины на X n совпадают. [6]
Действие Out Fn космическом в пространстве ( )
Группа ( Fn ) допускает естественное действие гомеоморфизмами на правое Xn . Out
определим действие группы автоморфизмов Aut( Fn на ) Xn Сначала . Пусть α ∈ Fn Aut ) автоморфизм Fn — . ( Пусть x — точка X n, заданная маркировкой f : R n объема один → Γ со структурой метрического графа L на Γ. Пусть τ : Rn на → Rn индуцированный — гомотопическая эквивалентность, чей гомоморфизм уровне фундаментальной группы является автоморфизмом α группы F n = π 1 ( R n ). Элемент xα из X n задается маркировкой f ∘ τ : Rn → Γ с метрической структурой L на Γ. То есть, чтобы получить xα из x, мы просто предварительно составляем маркировку, определяющую x, с помощью τ .
В модели реального дерева это действие можно описать следующим образом. Пусть T в X n — вещественное дерево с минимальным свободным и дискретным изометрическим действием F n кообъема один . Пусть α ∈ Aut( ) Fn . Как метрическое пространство Tα равно T . Действие F n искажается α . А именно, для любых t в T и g в F n имеем:
На уровне функций длины трансляции дерево Tα задается как:
Затем проверяется, что для указанного выше действия Aut( Fn ) на внешнем пространстве Xn Xn подгруппа автоморфизмов Inn( Fn ) содержится в ядре этого действия, то есть каждый внутренний автоморфизм действует на тривиально внутренних . , что действие Aut( Fn Fn на Xn ) факторизуется до действия Out( Отсюда следует ) = Aut( ) / Inn( Fn ) на Xn . Fn а именно, если φ ∈ Out( F n ) является внешним автоморфизмом F n и если α в Aut( F n ) является действительным автоморфизмом, представляющим φ, то для любого x в X n мы имеем xφ = xα .
Правое действие Out( F n ) на X n можно превратить в левое действие с помощью стандартной процедуры преобразования. А именно, для φ ∈ Out( F n ) и x в X n положим
- φx = хφ −1 .
Это левое действие Out( Fn также иногда рассматривается в ) на Xn . литературе, хотя большинство источников работают с правым действием
Пространство модулей [ править ]
Фактор-пространство M n = X n /Out( F n ) — это пространство модулей , состоящее из типов изометрии конечных связных графов Γ без вершин первой и второй степени, с фундаментальными группами, изоморфными F n (т. е. с первое число Бетти, равное n ), оснащенное метрическими структурами единицы объема. Фактортопология такая же , на M n как и заданная расстоянием Громова – Хаусдорфа между метрическими графами, представляющими точки M n . Пространство модулей M n не компактно , и «каспы» в M n возникают из-за уменьшения к нулю длины ребер гомотопически нетривиальных подграфов (например, существенной схемы) метрического графа Γ.
Основные свойства и факты о космическом пространстве [ править ]
- Космическое пространство Xn года сжимаемо , и действие Out( Fn ) на Xn . является надлежащим образом разрывным , как было доказано Каллером и Фогтманном в их оригинальной статье 1986 [1] где был представлен космос.
- Пространство X n имеет топологическую размерность 3 n − 4. Причина в том, что если Γ — конечный связный граф без вершин первой и второй степени с фундаментальной группой , изоморфной F n , то Γ имеет не более 3 n − 3 ребер. и он имеет ровно 3 n − 3 ребра, когда Γ трехвалентен. Следовательно, верхнемерный открытый симплекс в X n имеет размерность 3 n − 4.
- Космическое пространство X n специфическое деформационное втягивание K n X содержит n , называемое позвоночником космического пространства. Спайн K n имеет размерность 2 n − 3, Out( F n )-инвариантен и имеет компактный фактор по действию Out( F n ).
Непроективизированное космическое пространство [ править ]
Непроективизированное космическое пространство состоит из классов эквивалентности всех размеченных структур метрических графов на F n , где объем метрического графа в маркировке может быть любым положительным действительным числом. Пространство также можно рассматривать как множество всех свободных минимальных дискретных изометрических действий F n на R -деревьях, рассматриваемых с точностью до F n -эквивариантной изометрии. Непроективизированное Космическое пространство наследует те же структуры, что и имеет, в том числе совпадение трех топологий (Громова, осей, слабой), и -действие. Кроме того, существует естественное действие на скалярным умножением.
Топологически гомеоморфен . В частности, также является сжимаемым.
Проективизированное космическое пространство [ править ]
Проективизированное космическое пространство — это факторпространство. под действием на скалярным умножением. Пространство оснащен фактор-топологией. Для дерева его класс проективной эквивалентности обозначается . Действие на естественным образом факторизуется по действию на . А именно, для и помещать .
Ключевое наблюдение состоит в том, что карта это -эквивариантный гомеоморфизм. По этой причине пространства и часто идентифицируются.
Липшицево расстояние [ править ]
Расстояние Липшица, [7] назван в честь Рудольфа Липшица , поскольку космическое пространство соответствует метрике Терстона в пространстве Тейхмюллера. За два балла в X n (правое) расстояние Липшица определяется как (натуральный) логарифм максимально растянутого замкнутого пути из к :
- и
Это асимметричная метрика (также иногда называемая квазиметрикой ), т.е. она не обладает только симметрией. . Симметричная метрика Липшица обычно обозначает:
Окончательный всегда получается и может быть вычислен по конечному набору так называемых кандидатов .
Где — конечное множество классов сопряженности в Fn , которые соответствуют вложениям простой петли , восьмерки или штанги в по маркировке (см. схему).
Фактор растяжения также равен минимальной константе Липшица гомотопической эквивалентности, переносящей маркировку, т.е.
Где являются непрерывными функциями такой, что для маркировки на маркировка свободно гомотопен маркировке на .
Индуцированная топология такая же, как и слабая топология, а группа изометрий равна как для симметричного, так и для асимметричного расстояния Липшица. [8]
Приложения и обобщения [ править ]
- Закрытие из в топологии функции длины, как известно, состоит из ( F n -эквивариантных классов изометрии) всех очень малых минимальных изометрических действий F n на R -деревьях. [9] Здесь замыкание берется в пространстве всех минимальных изометрических «неприводимых» действий на -деревья, рассматриваемые с точностью до эквивариантной изометрии. Известно, что топология Громова и топология осей в пространстве неприводимых действий совпадают, [5] поэтому замыкание можно понимать в любом смысле. Проективизация относительно умножения на положительные скаляры дает пространство что представляет собой функции длины компактификацию и из , аналогичный компактификации Терстоном пространства Тейхмюллера.
- разработаны аналоги и обобщения Космоса Для бесплатных продуктов . [10] для прямоугольных групп Артина , [11] для так называемых деформационных пространств групповых действий [6] и в некоторых других контекстах.
- Версия космического пространства с базовой точкой, называемая Аутер-пространством , для помеченных метрических графов с базовыми точками, была построена Хэтчером и Фогтманном в 1998 году. [12] Аутер космос имеет много общих свойств с космическим пространством, но поставляется только с действием .
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Jump up to: а б с Каллер, Марк ; Фогтманн, Карен (1986). «Модули графов и автоморфизмы свободных групп» (PDF) . Математические изобретения . 84 (1): 91–119. Бибкод : 1986InMat..84...91C . дои : 10.1007/BF01388734 . S2CID 122869546 .
- ^ Коэн, Маршалл М.; Люстиг, Мартин (1995). «Действия очень малых групп на R -деревьях и твист-автоморфизмы Дена» (PDF) . Топология . 34 (3): 575–617. дои : 10.1016/0040-9383(94)00038-м .
- ^ Бествина, Младен; Фейн, Марк (1994). «Внешние пределы» (PDF) .
- ^ Гирадель, Винсент (2000). «Динамика на границе космического пространства» . Annales Scientifiques de l'École Normale Supérieure . 33 (4): 433–465. doi : 10.1016/S0012-9593(00)00117-8 .
- ^ Jump up to: а б Фредерик Полен, Топология Громова на R -деревьях . Топология и ее приложения 32 (1989), вып. 3, 197–221.
- ^ Jump up to: а б Винсент Гирадель, Гилберт Левитт, Пространства деформаций деревьев . Группы, геометрия и динамика 1 (2007), вып. 2, 135–181.
- ^ Франкавилья, Стефано; Мартино, Армандо (2011). «Метрические свойства космического пространства». Математические публикации . 55 : 433–473. arXiv : 0803.0640 . дои : 10.5565/PUBLMAT_55211_09 . S2CID 4997063 .
- ^ Франкавилья, Стефано; Мартино, Армандо (2012). «Группа изометрии космического пространства» . Достижения в математике . 231 (3–4): 1940–1973. arXiv : 0912.0299 . дои : 10.1016/j.aim.2012.07.011 .
- ^ Младен Бествина, Топология Out ( F n ). Труды Международного конгресса математиков, Vol. II (Пекин, 2002), стр. 373-384, Высшее изд. Пресс, Пекин, 2002 г.; ISBN 7-04-008690-5 .
- ^ Гирардель, Винсент; Левитт, Гилберт (2007). «Космическое пространство свободного продукта». Труды Лондонского математического общества . 94 (3): 695–714. arXiv : math/0501288 . дои : 10.1112/plms/pdl026 . S2CID 7079548 .
- ^ Кори Брегман, Рут Чарни, Карен Фогтманн, Космическое пространство для RAAG , arXiv: 2007.09725, препринт, 2020 г.
- ^ Аллен Хэтчер и Карен Фогтманн , Теория Серфа для графов. Журнал Лондонского математического общества 58 (1998), вып. 3, 633–655.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Младен Бествина, Топология Out(F n ) . Труды Международного конгресса математиков, Vol. II (Пекин, 2002 г.), стр. 373–384, Higher Education Press , Пекин, 2002 г.; ISBN 7-04-008690-5 .
- Карен Фогтманн , О геометрии космического пространства . Бюллетень Американского математического общества 52 (2015), вып. 1, 27–46.
- Фогтманн, Карен (2008). «Что такое… космическое пространство?» (PDF) . Уведомления АМС . 55 (7): 784–786.