Алгебра Стинрода
В алгебраической топологии алгебра Стинрода была определена Анри Картаном ( 1955 ) как алгебра операций стабильных когомологий для mod когомологии.
Для заданного простого числа , алгебра Стинрода — градуированная алгебра Хопфа над полем порядка , состоящий из всех операций стабильных когомологий для mod когомологии . Он порождается квадратами Стинрода , введенными Норманом Стинродом ( 1947 ) для , и с помощью Стинрода уменьшено степени, введенные Стинродом ( 1953a , 1953b ) и гомоморфизм Бокштейна для .
Термин «алгебра Стинрода» также иногда используется для обозначения алгебры когомологических операций обобщенной теории когомологий .
Когомологические операции [ править ]
Операция когомологий — это естественное преобразование между функторами когомологий. Например, если мы возьмем когомологии с коэффициентами в кольце , операция возведения в квадрат произведения чашки дает семейство операций когомологий:
Операции когомологии не обязательно должны быть гомоморфизмами градуированных колец; см. формулу Картана ниже.
Эти операции не коммутируют с подвеской , т. е. они неустойчивы. (Это потому, что если это подвеска пространства , чашечное произведение на когомологиях тривиально.) Стинрод построил устойчивые операции
для всех больше нуля. Обозначения и их название, квадраты Стинрода, происходит от того факта, что ограничено классами степеней квадрат чашки. Аналогичные операции существуют и для нечетных первичных коэффициентов, обычно обозначаемых и назвал приведенным -ые степенные операции:
The сгенерировать связную градуированную алгебру над , где умножение задается композицией операций. Это алгебра Стинрода по модулю 2. В случае , мод Алгебра Стинрода порождается и операция Бокштейна связанный с короткой точной последовательностью
- .
В случае , элемент Бокштейна и сокращение -я мощность является .
Как кольцо когомологий [ править ]
Мы можем суммировать свойства операций Стинрода как генераторов в кольце когомологий спектров Эйленберга – Маклейна.
- ,
поскольку существует изоморфизм
дающее разложение в прямую сумму всех возможных когомологических операций с коэффициентами из . Обратите внимание, что обратный предел групп когомологий появляется потому, что это вычисление в стабильной области групп когомологий пространств Эйленберга – Маклейна. Этот результат [1] изначально было рассчитано [2] Картана (1954–1955 , стр. 7) и Серра (1953) .
Обратите внимание, что существует двойная характеристика [3] используя гомологии для двойственной алгебры Стинрода .
когомологий обобщенных Замечание об обобщении теорий
Это должно наблюдаться, если спектр Эйленберга–Маклана заменяется произвольным спектром , то при изучении кольца когомологий возникает множество проблем . В этом случае обобщенная двойственная алгебра Стинрода вместо этого следует рассматривать, поскольку он имеет гораздо лучшие свойства и может быть легко изучен во многих случаях (например, ). [4] Фактически эти кольцевые спектры коммутативны и бимодули плоские. В данном случае это каноническое взаимодействие на для любого помещения , такой, что это действие хорошо ведет себя относительно стабильной гомотопической категории, т. е. существует изоморфизм
Аксиоматическая характеристика [ править ]
Норман Стинрод и Дэвид Б. Эпштейн ( 1962 ) показали, что квадраты Стинрода характеризуются следующими 5 аксиомами:
- Естественность: является аддитивным гомоморфизмом и естественен относительно любого , так .
- является тождественным гомоморфизмом.
- для .
- Если затем
- Формула Картана:
Кроме того, квадраты Стинрода обладают следующими свойствами:
- — гомоморфизм Бокштейна точной последовательности
- коммутирует со связующим морфизмом длинной точной последовательности в когомологиях. В частности, он коммутирует относительно подвески
- Они удовлетворяют соотношениям Адема, описанным ниже.
Аналогично следующие аксиомы характеризуют приведенную -ые полномочия для .
- Естественность: является аддитивным гомоморфизмом и естественным.
- является тождественным гомоморфизмом.
- это чашка -я степень по классам степеней .
- Если затем
- Формула Картана:
Как и прежде, приведенные p -е степени также удовлетворяют соотношениям Адема и коммутируют с операторами надстройки и границы.
Отношения Адема
Отношения Адема для были предположены Вэнь-цюнем Ву ( 1952 ) и установлены Хосе Адемом ( 1952 ). Они даны
для всех такой, что . (Биномиальные коэффициенты следует интерпретировать по модулю 2.) Соотношения Адема позволяют записать произвольную композицию квадратов Стинрода как сумму базисных элементов Серра – Картана.
Для нечетных отношения с Адемом
для a < pb и
для .
- Личности Буллета Макдональда
Шон Р. Буллет и Ян Г. Макдональд ( 1982 ) переформулировали отношения Адема как следующие идентичности.
Для помещать
то соотношения Адема эквивалентны
Для помещать
то соотношения Адема эквивалентны утверждению, что
симметричен в и . Здесь — операция Бокштейна и .
интерпретация Геометрическая
Существует хорошая простая геометрическая интерпретация квадратов Стинрода с использованием многообразий, представляющих классы когомологий. Предполагать — гладкое многообразие, и рассмотрим класс когомологий геометрически представлено как гладкое подмногообразие . Когомологически, если мы позволим представляют собой фундаментальный класс затем карта продвижения
дает представление о . Кроме того, с этим погружением связано вещественное векторное расслоение, называемое нормальным расслоением. . Квадраты Стинрода теперь можно понять: они являются развитием класса Штифеля – Уитни нормального расслоения.
что дает геометрическое объяснение того, почему продукты Стинрода в конечном итоге исчезают. Обратите внимание: поскольку отображения Стинрода являются гомоморфизмами групп, если у нас есть класс которую можно представить в виде суммы
где представлены как многообразия, мы можем интерпретировать квадраты классов как суммы форвардов нормальных расслоений лежащих в их основе гладких многообразий, т. е.
Также эта эквивалентность сильно связана с формулой Ву .
Расчеты [ править ]
Комплексные проективные пространства [ править ]
На комплексной проективной плоскости , существуют только следующие нетривиальные группы когомологий:
- ,
как можно вычислить с помощью клеточного разложения. Это означает, что единственным возможным нетривиальным произведением Стинрода является на так как это дает чашку произведения по когомологиям. Поскольку структура продукта чашки на нетривиален, этот квадрат нетривиален. Аналогичные вычисления производятся и в комплексном проективном пространстве. , где единственными нетривиальными квадратами являются и операции возведения в квадрат о группах когомологий представляющий чашку продукта . В площадь
может быть вычислено с использованием описанных выше геометрических методов и связи между классами Черна и классами Стифеля – Уитни; Обратите внимание, что представляет ненулевой класс в . Его также можно вычислить непосредственно по формуле Картана, поскольку и
пространство проективное Бесконечное реальное
Операции Стинрода для реальных проективных пространств можно легко вычислить, используя формальные свойства квадратов Стинрода. Напомним, что
где Для операций по мы знаем это
Из соотношения Картана следует, что общая площадь
является кольцевым гомоморфизмом
Следовательно
Поскольку существует только одна степень часть предыдущей суммы, мы имеем, что
Строительство [ править ]
Предположим, что это какая-то степень подгруппа симметрической группы на очки, класс когомологий в , абелева группа, на которую действует , и класс когомологий в . Стинрод ( 1953a , 1953b ) показал, как сконструировать двигатель пониженной мощности. в , следующее.
- Взяв внешний продукт с самим собой раз дает эквивариантный коцикл на с коэффициентами в .
- Выбирать быть сжимаемым пространством, на котором действует свободно и эквивариантное отображение из к Отступая назад по этому отображению дает эквивариантный коцикл на и, следовательно, коцикл с коэффициентами в .
- Взяв наклонное произведение с в дает коцикл с коэффициентами в .
Квадраты Стинрода и приведенные степени являются частными случаями этой конструкции, когда является циклической группой простого порядка действуя как циклическая перестановка элементы и группы и цикличны по порядку , так что также является циклическим порядка .
алгебры Свойства Стинрода
Помимо аксиоматической структуры, которой удовлетворяет алгебра Стинрода, она обладает рядом дополнительных полезных свойств.
алгебры Стинрода Основа
Жан-Пьер Серр ( 1953 ) (за ) и Анри Картан ( 1954 , 1955 ) (для ) описал структуру алгебры Стинрода стабильного мода когомологических операций, показывающих, что он порождается гомоморфизмом Бокштейна вместе с приведенными степенями Стинрода, а отношения Адема порождают идеал отношений между этими образующими. В частности, они нашли явный базис алгебры Стинрода. Этот базис опирается на определенное понятие допустимости целочисленных последовательностей. Мы говорим последовательность
допустимо , если для каждого , у нас это есть . Тогда элементы
где является допустимой последовательностью, образующей базис (базис Серра – Картана) для алгебры Стинрода по модулю 2, называемый допустимым базисом . Аналогичное основание имеется и в деле состоящий из элементов
- ,
такой, что
Милнора Структура алгебры Хопфа базис и
Алгебра Стинрода имеет больше структуры, чем градуированная -алгебра. Это также алгебра Хопфа , так что, в частности, существует диагональное или коумножительное отображение.
индуцирован формулой Картана для действия алгебры Стинрода на чашечное произведение. Эту карту легче описать, чем карту продукта, и она имеет вид
- .
Из этих формул следует, что алгебра Стинрода кокоммутативна .
Линейный двойник делает (градуированное) линейное двойственное A . в алгебру Джон Милнор ( 1958 ) доказал, что , что является полиномиальной алгеброй с одним генератором степени , для каждого k и для двойственная алгебра Стинрода — тензорное произведение алгебры полиномов от образующих степени и внешняя алгебра в образующих τ k степени . Мономиальный базис для затем дает другой выбор базиса для A , называемый базисом Милнора. С двойственной алгеброй Стинрода часто удобнее работать, поскольку умножение (супер)коммутативно. Коумножение для является двойственным произведением на A ; это дано
- где , и
- если .
Единственные примитивные элементы для это элементы формы , и они двойственны (единственные неразложимые элементы A ).
к формальным группам Отношение
Двойственные алгебры Стинрода являются суперкоммутативными алгебрами Хопфа, поэтому их спектры представляют собой схемы супергрупп алгебр. Эти групповые схемы тесно связаны с автоморфизмами одномерных аддитивных формальных групп. Например, если тогда двойственная алгебра Стинрода является групповой схемой автоморфизмов одномерной аддитивной формальной групповой схемы. это тождество первого порядка. Эти автоморфизмы имеют вид
суб- Хопфа Конечные алгебры
The Алгебра Стинрода допускает фильтрацию конечными субалгебрами Хопфа. Как создается элементами [5]
- ,
мы можем формировать подалгебры порожденный квадратами Стинрода
- ,
давая фильтрацию
Эти алгебры важны, поскольку их можно использовать для упрощения многих вычислений спектральной последовательности Адамса, например для , и . [6]
Алгебраическая конструкция [ править ]
Ларри Смит ( 2007 ) дал следующую алгебраическую конструкцию алгебры Стинрода над конечным полем. порядка q . Если V — векторное пространство над затем напишите SV для алгебры V симметричной . Существует гомоморфизм алгебр
где F — Фробениуса SV эндоморфизм . Если мы положим
или
для тогда, если V бесконечномерно, элементы сгенерировать изоморфизм алгебры подалгебре алгебры Стинрода, порожденной приведенными p'- ми степенями для нечетного p или четными квадратами Стинрода для .
Приложения [ править ]
Ранними применениями алгебры Стинрода были вычисления Жан-Пьером Серром некоторых гомотопических групп сфер с использованием совместимости трансгрессивных дифференциалов в спектральной последовательности Серра с операциями Стинрода, а также классификация Рене Томом гладких многообразий с точностью до кобордизма через отождествление градуированного кольца классов бордизмов с гомотопическими группами комплексов Тома в стабильной области. для случая ориентированных многообразий Последнее было уточнено Ч.Т.С. Уоллом . Знаменитое применение операций Стинрода, включающее факторизацию с помощью операций вторичных когомологий, связанных с соответствующими отношениями Адема, было решением Дж. Фрэнком Адамсом Хопфа одной проблемы инварианта . Одним из довольно элементарных приложений алгебры Стинрода по модулю 2 является следующая теорема.
Теорема . Если есть карта инварианта Хопфа единица , то n является степенью двойки.
В доказательстве используется тот факт, что каждый разложимо для k, не являющегося степенью 2; то есть такой элемент является произведением квадратов строго меньшей степени.
Майкл А. Манделл дал доказательство следующей теоремы, изучая алгебру Стинрода (с коэффициентами в алгебраическом замыкании ):
Теорема . Сингулярный функтор коцепи с коэффициентами в алгебраическом замыкании индуцирует контравариантную эквивалентность из гомотопической категории связных -полные нильпотентные пространства конечных -type в полную подкатегорию гомотопической категории [[ -алгебры]] с коэффициентами в алгебраическом замыкании .
сфер со спектральной последовательностью Адамса и гомотопическими Связь группами
Когомологии алгебры Стинрода — это термин для ( p -локальной ) спектральной последовательности Адамса , опорой которой является p -компонента стабильных гомотопических групп сфер. Более конкретно, член этой спектральной последовательности может быть идентифицирован как
Именно это подразумевается под афоризмом «когомологии алгебры Стинрода есть приближение к стабильным гомотопическим группам сфер».
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ «at.algebraic топология – (Co) гомологии пространств Эйленберга – Маклейна K(G,n)» . MathOverflow . Проверено 15 января 2021 г.
- ^ Адамс (1974) , с. 277.
- ^ Адамс (1974) , с. 279.
- ^ Адамс (1974) , с. 280.
- ^ Мошер и Тангора (2008) , с. 47.
- ^ Равенел (1986) , стр. 63–67.
Педагогический [ править ]
- Малкевич, Кэри, Алгебра Стинрода (PDF) , заархивировано (PDF) из оригинала 15 августа 2017 г.
- Классы характеристик - содержат больше вычислений, например, для многообразий Ву.
- Квадраты Стинрода в спектральной последовательности Адамса - содержат интерпретации терминов Ext и квадратов Стринрода.
Мотивическая установка [ править ]
- Операции пониженной мощности в мотивных когомологиях
- Мотивические когомологии с Z/2 -коэффициентами
- Мотивические пространства Эйленберга–Маклана
- Гомотопия -мотивные модульные формы – относится мотивировать тмф
Ссылки [ править ]
- Адамс, Дж. Франк (1974). Стабильная гомотопия и обобщенная гомология . Чикаго: Издательство Чикагского университета. ISBN 0-226-00523-2 . ОСЛК 1083550 .
- Адем, Хосе (1952), «Итерация квадратов Стинрода в алгебраической топологии», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , 38 (8): 720–726, Bibcode : 1952PNAS...38. .720A , doi : 10.1073/pnas.38.8.720 , ISSN 0027-8424 , JSTOR 88494 , MR 0050278 , PMC 1063640 , PMID 16589167
- Буллетт, Шон Р.; Макдональд, Ян Г. (1982), «Об отношениях Адема», Топология , 21 (3): 329–332, doi : 10.1016/0040-9383(82)90015-5 , ISSN 0040-9383 , MR 0649764
- Картан, Анри (1954), «Sur les groupes d'Eilenberg – Mac Lane. II», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , 40 (8): 704–707, Bibcode : 1954PNAS... 40..704C , doi : 10.1073/pnas.40.8.704 , ISSN 0027-8424 , JSTOR 88981 , MR 0065161 , PMC 534145 , PMID 16589542
- Картан, Анри (1955), «Sur l'itération des Operations de Steenrod», Commentarii Mathematici Helvetici , 29 (1): 40–58, doi : 10.1007/BF02564270 , ISSN 0010-2571 , MR 0068219 , S2CID 124558011
- Картан, Анри (1954–1955). «Определение алгебр И ; стабильные группы по модулю » (PDF) . Семинар Анри Картана (на французском языке). 7 (1): 1–8.
- Аллен Хэтчер , Алгебраическая топология . Издательство Кембриджского университета, 2002. Доступно бесплатно в Интернете на домашней странице автора .
- Малыгин С.Н.; Постников, М.М. (2001) [1994], «Приведенная мощность Стинрода» , Энциклопедия математики , EMS Press
- Малыгин С.Н.; Постников, М.М. (2001) [1994], «Квадрат Стинрода» , Энциклопедия Математики , EMS Press
- Мэй, Дж. Питер (1970), «Общий алгебраический подход к операциям Стинрода» (PDF) , Алгебра Стинрода и ее приложения (Процедуры конференции по празднованию шестидесятилетия Н. Э. Стинрода, Мемориальный институт Баттел, Колумбус, Огайо, 1970 г.) ) , Конспект лекций по математике, вып. 168, Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag , стр. 153–231, CiteSeerX 10.1.1.205.6640 , doi : 10.1007/BFb0058524 , ISBN 978-3-540-05300-2 , МР 0281196
- Милнор, Джон Уиллард (1958), «Алгебра Стинрода и ее двойник», Annals of Mathematics , Second Series, 67 (1): 150–171, doi : 10.2307/1969932 , ISSN 0003-486X , JSTOR 1969932 , MR 0099653
- Мошер, Роберт Э.; Тангора, Мартин К. (2008) [1968], Когомологические операции и приложения в теории гомотопий , Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications , ISBN 978-0-486-46664-4 , МР 0226634 , OCLC 212909028
- Равенел, Дуглас К. (1986). Комплексные кобордизмы и стабильные гомотопические группы сфер . Орландо: Академическая пресса . ISBN 978-0-08-087440-1 . OCLC 316566772 .
- Рудяк, Юлий Б. (2001) [1994], «Алгебра Стинрода» , Энциклопедия математики , EMS Press
- Серр, Жан-Пьер (1953), «Когомологии по модулю 2 комплексов Д'Эйленберга – Маклейна», Commentarii Mathematici Helvetici , 27 (1): 198–232, doi : 10.1007/BF02564562 , ISSN 0010-2571 , MR 0060234 , S2CID 122407123
- Смит, Ларри (2007). «Алгебраическое введение в алгебру Стинрода». В Хаббаке, Джон; Хунг, Нгуен HV; Шварц, Лайонел (ред.). Труды школы и конференции по алгебраической топологии . Монографии по геометрии и топологии. Том. 11. С. 327–348. arXiv : 0903.4997 . дои : 10.2140/gtm.2007.11.327 . МР 2402812 . S2CID 14167493 .
- Стинрод, Норман Э. (1947), «Продукты коциклов и расширения отображений», Annals of Mathematics , Second Series, 48 (2): 290–320, doi : 10.2307/1969172 , ISSN 0003-486X , JSTOR 1969172 , MR 0022071
- Стинрод, Норман Э. (1953a), «Группы гомологии симметричных групп и операции пониженной степени», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , 39 (3): 213–217, Bibcode : 1953PNAS... 39..213S , doi : 10.1073/pnas.39.3.213 , ISSN 0027-8424 , JSTOR 88780 , MR 0054964 , PMC 1063756 , PMID 16589250
- Стинрод, Норман Э. (1953b), «Циклические приведенные степени классов когомологии», Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки , 39 (3): 217–223, Бибкод : 1953PNAS...39.. 217S , doi : 10.1073/pnas.39.3.217 , ISSN 0027-8424 , JSTOR 88781 , MR 0054965 , PMC 1063757 , PMID 16589251
- Стинрод, Норман Э .; Эпштейн, Дэвид Б.А. (1962), Эпштейн, Дэвид Б.А. (редактор), Когомологические операции , Анналы математических исследований, том. 50, Издательство Принстонского университета , ISBN 978-0-691-07924-0 , МР 0145525
- Ву, Вэнь-цюн (1952), О полномочиях Стинрода , Коллоквиум по топологии Страсбурга, том. IX, Национальная и университетская библиотека Страсбурга, MR 0051510.