Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Стонг, Р. Заметки по теории кобордизмов

.pdf
Скачиваний:
19
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
19.01 Mб
Скачать

Если

когомологический класс

Понтрягина расслоения £ пред^

 

 

 

 

 

 

 

П

 

 

 

ставить

в

формальной

записи

как

П ( 1

+ *!),

то. с(Ё®С) =

п

 

 

 

 

 

5 = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= [] (1 + Æj)(l — Xj),

И поэтому

 

 

 

 

 

і=

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ch S

*У Ы Ё ® C))= П {i + t(exi + e - xJ - 2 ) + t* (2 - e x3 - e - xi)).

Следовательно,

i=l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

chns(£) =

[] ( 1 -ir s(exj-\- e xi 2 )),

 

 

 

 

 

 

 

3 = 1

 

 

 

 

 

и ch пг(|)

является t-й элементарной

симметрической функцией

от переменных ехЗ-\-е~хз2 .

 

 

 

 

 

О п р е д е л е н и е .

Пусть £ —вещественное векторное

расслое-

 

 

 

В, и пусть в

 

 

 

 

П

 

ние

над

 

формальной

записи

(£) = П

(і+ *?).

Тогда характеристическим классом

Sa(e

 

3 = 1

 

(|) Ç Н* (В ; <&) назы­

вается симметрическая функция Sa от переменных ехЗ-\-е~хі 2 .

П р е д л о ж е н и е . Пусть М ориентированное многооб­ разие. Тогда для всех х £ К* (М)

{ch. (х) L (т)} [М] € Z [ І - ] .

В частности,

{S» (e#) L (т)} ІМ) 6 Z [ 4 ]

для всех разбиений со.

Д о к а з а т е л ь с т в о . Это будет немедленно следовать из тео­ ремы, если доказать формулу £(т) = сй(ц)0(т), где u£K(M)<gi

® z [ т ] ■Положим ш

= ѴШГ(ТІ2 ) -

а = + в~*- 2 и Ь = в*;

тогда

 

 

 

 

 

tanh (х/2)

 

 

 

V =

---7----Г ---- ~ —

 

 

 

 

tanh X

 

 

 

 

(ех—1) (1 —е~х) I е*— е~* _

 

 

e.ï — g-х

J ех+ е-х

 

~

( Ь — 1 ) ( 1 — 6 - 1 ) (Ö + 6 - 1 ) ь ц

 

( 6 6 -1 ) 2

' 62 _

 

_

(6-1)2(62 + 1)

62+ 1 6-1

_

— (62—1)2 — (6 + 1 )2 * 6 - 1

Ь + Ь-1

а+ 2

6+ 2+ 6-1 ~ а + 4

а+ 4

1

- ‘ - т [ ‘ - т + ( т ) * — • ] -

- т + т ( т ) - т ( т ) * + т ( т ) * -

6

 

6 Z[-i-][e> + e - » - 2 1 .

 

Таким образом, класс ~ ~ принадлежит кольцу ch ( К( М) [ ± ] \ ,

так как он выражается симметрической функцией от неремен­ ных ехі-\-е~хі — 2 с коэффициентами в Z Гі ] -

Для того чтобы оценить выражения S a ъеп) L, можно восполь-

зоваться следующей леммой:

 

 

 

Л е м м а .

Если | — комплексное

п-мерное векторное расслое­

ние, то

 

 

 

 

 

s <0 (ер) т = S2(ù(в) (g) +

2

(е) (g),

где га (Я,) > 2

тг(ю), a^TL.

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

 

 

 

eÄ+ e-3C— 2 = (ех—1 ) ( 1 — е-х) =

 

 

= (6 *— I ) 2

е~х =

 

 

 

— (ех I ) 2

1 + (е.х_ 1-)=

 

= (6 * —1 )а-(е * —1 ) 8

+ (е*—I)4— . .. .

Таким образом, симметрическая функция Sa от переменных ех +

+ е~х 2

имеет вид

 

 

^ 2 ш(е) +

S ах$х (е)і

где a^ÇZ,

п (Я) > 2 п (ы) и

(е) — симметрическая функция

от переменных (ех — 1 ). в

Лемма . Если М квазикомплексное многообразие вещест­ венной размерности 2п, то

L('z) = [i + ' Z h S k(e)}éP(M)t

где

 

 

 

п(Я,)>0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

71

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Если с(М)= [J (1-Ьац)> то

 

 

 

 

 

 

 

 

г— 1

 

 

 

 

 

L (г) -

^

(е *-1)

 

 

 

 

 

 

П

tanh (Xi)

•сГ(М)

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ех—1

(ех— l)(e-v4 -e _œ)

ех

 

 

 

tanh X

 

ехе~х

 

ех

 

 

 

 

(и_1)(«*2+ 1)

 

 

 

(и = ех)

 

 

М2 —

1

_

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1/ 2 + 1

[ ( и — 1 ) + 1 ] 2 + 1

 

 

 

_

Ц +

1 ~

 

(U—1 ) + 2

 

 

 

 

(2+ 2а+ а2)

 

 

 

—и — 1 = ех— 1)

 

 

2 +

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

■}

{ ‘ - і +

( Д

 

 

поэтому

L{x)

 

1 + а,

где а — симметрическая

функция поло-

 

& Ш)

 

 

от

переменных

е х ‘ — 1 с

коэффициентами

жительной

степени

вZ [-1 ] . ш

Вкольце H* (BSO; Q.) запишем универсальный класс Понтря­

гина формально как [] (l + æf), dima:; = 2, и определим классы

і=і

Sa (<g>) и (е^) как симметрические функции Sa от перемен­ ных х) и exi -f- e~x-i— 2 соответственно. Определим также универ-

сальный

71

хі

 

 

класс L как функцию Д

Ч а п Ъ Ч » - )

• Т о г д а А 5 ш

=

=

2

< Ѵ ( 8 > ) ® S^( f ) , А £ „ , ( « ? ) =

2

( C j , ) ® 5 Ш- ( в р ) и

AL = L <g L.

(û'Uûl"=û)

 

 

 

 

Q, [ß;]:

 

Рассмотрим кольцевые гомоморфизмы р: H ie{BSO\ QI)

2 - v 2 { ‘5,o)(eja)^}[z]-ßcoHp': H*{BSO- Q.)->-Q,[a;]: z-*- 2£ш(Ъ°)[2]аш.

Положим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B n= { z Ç H n {BSO; < Q )|p (z)ez[i-]

[ß,], р '(z) ÇZ [а*]}

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£ * = 0

BnczH+ÇBSO-, а ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для каждого

нелетного простого р введем гомоморфизмы

р;):

 

 

,

полагая

элемент

рр (z)

равным

элементу

p(z),

приведенному

по модулю р

( y Ç Z pj , и

р': !?*->-Z2[a;], пола­

гая

элемент

рДг)

равным

 

элементу р '(z), приведенному по мо­

дулю 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда имеет место следующая

 

 

 

 

 

 

Лемма . Дл я

всех простых р

и целых чисел і существуют

квазикомплексные многообразия М2,- размерности Ai, такие, что

a) для нечетного р элемент рр [xMzi] имеет наибольший моном

следующего

вида-.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) ß;-, если 2 і -|- 1 Ф р* для любого s,

 

 

 

 

 

2) [ß(ps-i_1)/2

]P> если

2 i - \ - l —ps для

некоторого s;

 

b) Рз [хМ\;] имеет наибольший моном аі.

 

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

 

В

2-примарном

случае

имеем

 

tCP (2i)] =

2i + 1, поэтому положим М \і — CP (2i). В слу­

чае

нечетного простого p

в качестве М \і возьмем многообразие

Mzi из гл. VII. Так как

все М \і

являются квазикомплексными

многообразиями, то можно использовать результаты предыдущих

лемм. Получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Sa (вр) L) [М] = (52ш(б) &) [М] + 2

ах (S%(е) #>) [М\,

 

где a ^ Ç Z ^ y J , п(Х)>2п(а>). Таким образом, для

многообразий

 

результаты о наибольших мономах следуют

из

вычислений,

.проведенных в гл. VII. я

 

 

 

 

 

 

 

 

Т е о р е м а ,

а) Кольцо

Q®°/Tors является кольцом полиномов

над

TL от классов хі размерности Ai-, классы х-, характеризуются

условием

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(т)) [®і] =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

+

1,

если 2 1 Д \ ф р *

ни

для какого простого

р и целого s,

“ I ± р ,

если 2 і 4-1 = ps для

некоторого простого

р

и целого s.

j 3 — 0 1 0 2 4

b) Г о м о м о р ф и з м з а б ы в а н и я

F s Q^->Qso/Tors

я в л я е т с я э п и м о р ф и з м о м .

c) В с е с о о т н о ш е н и я м е ж д у ч и с л а м и П о н т р я г и н а о р и е н т и р о ­

в а н н ы х м н о г о о б р а з и й с л е д у ю т и з т о г о , ч т о ч и с л а П о н т р я г и н а

ц е л ы е ,

и

и з у с л о в и й

в и д а

{Sa (е^,) L} [ х М ]

Ç Z

J, к о т о р ы е

з а д а ю т с я

К - т е о р и е й .

И н а ч е

 

S о

=

5*.

 

 

г о в о р я , тЙ*

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

В обозначениях

гл. VII п о л о ж и =

— В *,

<5%= тЕ*й^ с; В*

н cf = тЕ* [ М ^ ] .

 

Тогда методом

гл. VII,

используя

результат

последней леммы,

получаем,

что

тВ^Й^ =

= тй^

= В

іе.

Если

М — квазикомплексное

многообразие

и di mM = 4i,

то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5(і>((?) [M] =

{5(i)(V )L} ] .-=

 

 

 

 

 

 

 

=

{5,21, (в)

[М } =

 

 

 

 

 

 

 

 

= S(zi) (с) [М\.

 

 

 

 

 

Поэтому условия на характеристические числа 5 (і) образующих x t

непосредственно следуют из условия для образующих коль­ ца й^. В

З а м е ч а н и е . Использовать класс Хпрцебруха L и соот­

ношения, возникающие так же, как в теореме Атья — Зингера об индексе, посоветовал мне Хаттори (в личной беседе). Отметим,

что можно было бы, как в работе Стонга [2], использовать А-класс,

П

задаваемый функцией JJ siii’h^-r,■/'■’) ' Приведем рассуждения (при-

і — 1

надлежащие Д. Андерсону), показывающие, что применение А-класса дает эквивалентные результаты. Положим

 

 

х/2

_

X

 

sinh (х/2)

Utanh х

тогда

 

 

 

 

 

l a n h o :

___

 

е х е х

2 sinh (.т/2) — (e3=_j_e-.ï) (еж/2 _ е-.х/2^•

Возводя обе части

равенства

в квадрат, получаем

 

9

еі х -)- c- 2 ï — 2

U

= (е2

е-2 х + 2) (ех + е~х — 2) '

Положим

а =

е х + е~х —

2, е х + е х = а + 2; тогда

 

2

(а + 2)2—4

а2-)-4а

U

~

(а+ 2)2-а

~ а ( а + 2)2 ^

=

( 1 + т ) ■ ( 1- т + ( т )

'

Таким образом, и2 является степенным рядом над Z

J от пере­

менной а со свободным членом 1. По формуле бинома

 

ft= 0

Таким образом, и является степенным рядом над Z j^yj со сво­

бодным членом 1. Следовательно,

i = (ch|)-L,

где | £ К (BSO) — обратимый элемент.

Ориентированные бордизмы

Как уже отмечалось выше, интерес к теории ориентированных бордизмов во многом связан с задачей реализуемости целочислен­ ных гомологий. Основное исследование групп ориентированных бордизмов было проведено Коннером и Флойдом [3].

Т е о р е м а .

Д л я

л ю б о й

п а р ы

к л е т о ч н ы х к о м п л е к с о в

(X, А)

г р у п п а

Qf° (X, /1) <g> Cl я в л я е т с я с в о б о д н ы м

Q?° ® Cl- м о д у л е м , и з о -

м о р ф н ы м ^м о д у л ю H * (X, А ;

О.)

 

so ® Cl).

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Гомоморфизм

Гуревича

я*((ХА4) Д

Д T B S O ) -^>-H * {{ХІА) / \

T B S O ;

Z)

является

изоморфизмом

по модулю

класса Серра конечных

групп. ■

 

 

 

Л е м м а. С у щ е с т в у е т 2 - п р и м а р н а я г о м о т о п и ч е с к а я э к в и в а ­

л е н т н о с т ь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/: T B S О - * - К (Q*0).

 

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Рассмотрим

отображение

спектра

T B S O

в произведение спектров К

(Z, я (со)), реализующее классы

ЧРДЧІ),

и

отображение

в

произведение

спектров

К

(Za, П і ).

реализующее

классы

когомологий,

двойственные

к

элементам

конечного порядка в Q®0. Эти два отображения и определяют отображение /. Из доказанных выше результатов следует, что

гомоморфизм в гомотопических группах, индуцированный отобра­ жением /, является мономорфизмом и в каждой размерности имеет конечное коядро нечетного порядка. щ

Т е о р е м а . Для любой пары клеточных комплексов (X , А) существует изоморфизм по модулю класса Серра конечных групп нечетного порядкаі

/*: Q f № А)~^Н, (X , А\ Q f).

Д о к а з а т е л ь с т в о . Согласно предыдущей лемме, индуци­ рованный гомоморфизм

/*: <((Х/А) Л ТВ80) - +пЦ(Х/А) Д К (Q*0))

является изоморфизмом по модулю класса Серра конечных групп нечетного порядка. ■

Т е о р е м а . Пустъ (X, А) некоторая пара клеточных комп­

лексов.

Для каждого класса с £ Н п (Х,А',

Z) существует

целое

число

к, такое, что класс. гомологий

(2к 1) с имеет

вид

g* ([М п, (ЭЛТ"]), где g: (М ' д М ) —>- (X, Л) — представитель некото­ рого элемента группы ориентированных бордизмов пары (Х,ѵ4)(10).

Доказательство . Гомоморфизм вычисления еп' Q®°(X, А )—>- ->-Нп (X, A; 7L) индуцирован композицией отображений TB S O

-*-К (Q®0) К (Qf°) = К (Z), где я —проекция. По предыдущей теореме coker еп является конечной группой нечетного порядка, в

Для исследования р-примарной структуры группы Q* (X, А), где р —нечетное простое число, рассмотрим гомоморфизмы

Q S P ( X J А) QU( х > а) Qso {Х: А)і

композиция которых является изоморфизмом по модулю конечных 2-примарных групп.

Т е ор е м а . Если

целочисленные

гомологии

пары

(X, А)

не имеют кручения, то группа

(X, А')

является

свободным

0,^°-модулем, изоморфным модулю

ff* (X, А; Z) <g) Q*0.

В

частно­

сти, гомоморфизм вычисления е: Q®°(X, А)-+НЩ(Х, A; Z) является

эпиморфизмом. Если ;;}— однородный

базис группы H * (X, A; Z)

и /•;: (М і, дМі)-+(Х, А) отображения

ориентированных

много­

образий в (X, А), такие, что /;* ([Мь дМД) = xt,

то

Qf°(X, А)

является свободным

-модулем от классов кобордизмов

много­

образий (Мі, fi).

 

 

 

 

 

 

 

До ка зательство .

Гомоморфизм е':

(X, A)-+Hç(X, А; £)

является эпиморфизмом, следовательно, и е—эпиморфизм. Выбе­

рем набор отображений (Mi, fi), описанный выше, и определим гомоморфизм

ю: Я* (X, А ; I) ® Q®û-*-Qf0 (X, А);

рассмотрим композицию /* °m: Я* (X, H; Z) <g>й®°-»-Я„ (X, /1; Qf°). По теореме об универсальных коэффициентах группу Я* (X, Л; й®°)

можно представить

в виде Я* (X, И; Z) ® й^° (так как

Я* (X, А; '£)■—свободная абелева группа), и тогда

° ш (ж, <g>1) =

— xi® 1. В таком представлении гомоморфизм /*т

есть просто

гомоморфизм

 

 

1 ® /#; Я* (X, А; '£) ® Q™-+Hm(*> A; Z) ® fif','

где /# — гомоморфизм

гомотопических групп, индуцированный

отображением /. Из построения и результатов об отображении /

вытекает, что /#, а следовательно,

m и m являются мономорфиз­

мами с коядром конечного нечетного порядка.

Пусть ge. (Nt, dNі)

(X, И) — представители элементов комп­

лексных бордизмов, такие, что

gі* (ІЯІ7 <97Ѵг]) = xt. Используя

эти отображения, определим гомоморфизмы, связанные коммута­

тивной

диаграммой

 

 

 

 

 

 

Я* (X; А; Z) ® ß* — ^

Я* (X, И; Z) ® ß f

 

 

 

 

Й*(Х,И)

------0*°(Х,Л)

Предположим,

что гомоморфизм ш является эпиморфизмом

на группу

SO(X, И) для ]< .п. Тогда, так как гомоморфизм

имеет

2-примарное

коядро, существует целое число к, такое,

что

2fta 6 im

ci im m для

всех a £ ßf°(X, А). В частности, для

всех

і,

таких,

что

dim Хі = га,

 

 

 

 

 

2k ([Ml, f l]) = 'Z[NJ,gj]Pj,

где

Pj =

 

SО TT

 

 

 

• Применяя гомоморфизм е, немедленно полу­

чаем, что

 

 

 

 

 

 

 

 

2* ([Ми /,]) = 2h ([Nh gi]) + S [Nj, gj] Pj,

где

 

 

—элементы положительной размерности. Из индуктив­

ного предположения тогда следует,

что 2h[Ni, gHÇimm. В част­

ности,

для

любого aÇQf°(X, А) получаем, что

2*а=5І[Я,, g]]RJt

где RjÇSçQ^ и dim N j ^ . n .

Таким

образом,

2Л(2fta) Ç im m. Так

как гомоморфизм m имеет

конечное

коядро

нечетного порядка,

то из этого следует, что aÇiintn. Таким образом, шаг индукции завершен и m является эпиморфизмом, в

Т е о р е м а. Пустъ (X, А) пара конечных клеточных комп­ лексов, для которой конечная частъ группы Я* (X, А; Z) являет­

ся 2-примарной. Два класса бордизмов совпадают в й®° (X, А) тогда и только тогда, когда они имеют одинаковые Z- и Z2- когомологические характеристические числа.

Д о к а з а т е л ь с т в о . Группа ,й®° (X , ^4) не имеет нечет­ ного кручения, так как она с точностью до 2-кручения является

прямым слагаемым в группе й* (X, А). Группа Я* {X, А; й*°) не имеет нечетного кручения ввиду теоремы об универсальных коэф­

фициентах. Следовательно, й®° (X, А) ^Н Д Х, А; й®°), и поэтому все

элементы конечного порядка в группе й* (X, А) имеют порядок 2. Если все Z-когомологические характеристические числа элемен­ та а равны нулю, то a имеет конечный порядок и, следовательно,

2а = 0. Если все 2 2-когомологические

характеристические числа

элемента а также равны нулю, то a

отображается в нуль группы

ІІ \ (51, 2) (X, А)

и, следовательно,

a

=

2ß. Так

как

ß — эле­

мент конечного порядка, то 0 = 2ß = a.

в

 

 

 

Применяя

рассуждения,

связанные

с группой

й^ (X, Л),

получаем также следующую теорему:

 

 

 

 

 

Т е о р е м а. Для

любой пары конечных клеточных комплексов

(X, А), целочисленные

гомологии которой

не имеют 2-кручения,

не существует 2 -примарных соотношений между L-характеристи-

ческими числами

элементов

группы

й^

(X, А).

Если

группы

Я* (X, A; Z)

не

имеют р-кручения

для

нечетных

простых р,

то все р-примарные соотношения между L-характеристическими числами элементов группы й®° (X, А) следуют из соотношений

C h (*) Sa (ер (т)) L (т)} [М, дМ] 6 Z [ | ]

(где/: (М , дМ)-^~ (X, .4)) для всех разбиений си и всехх £ К* (X, А), в

Связь с оснащенными кобордизмами

П р е д л о ж е н и е . Каждое оснащенное многообразие поло­ жительной размерности является границей ориентированного

многообразия, т. е. гомоморфизм Fn: й£ й®°, индуцированный функтором забывания, является нулевым, если п > 0. Кроме того,

гомоморфизм Fq: й^г—*■й®° = Z является изоморфизмом.

Д о к а з а т е л ь с т в о . Класс ориентированных кобордизмов определяется своими Z- и / 2-когомологическими характеристи­ ческими числами, которые, очевидно, равняются нулю для осна­ щенных многообразий положительной размерности. Заметим, что доказательство этого утверждения можно получить также из того,

что гомоморфизм Fn разлагается в композицию Fn: Q,f,r ->• —*■

-ß f . В

Образовав группы относительных кобордизмов Q* {F) =

= lim л*+г (TBSOr, S r, оо), можно рассмотреть соответствую-

Ѵ-гоо

щую точную последовательность, которая распадается на корот­ кие точные последовательности

для п — 1 > 0 и

£>

10

>Й1

 

(F)-+ Й?->Qo°-»-0

II

0

II

II

о

N

II

J.

Основными вопросами, возникающими здесь, являются исследо­ вание расширения, определяемого короткими точными последо­ вательностями, и получение инвариантов оснащенных кобордиз­ мов при помощи характеристических чисел.

Рассмотрим сначала подгруппу элементов конечного порядка

вчп. Так как элементы конечного порядка определяются своими

числами Штифеля — Уитни, то эта подгруппа и ее образ в

(F)

выделяются прямым слагаемым. В частности, она может

быть

исследована при помощи отображения рассматриваемой последо­ вательности в относительную последовательность, связывающую оснащенные и неориентированные кобордизмы. Единственным инвариантом оснащенных кобордизмов, который дают числа Штифеля — Уитни, является 2-нримарный инвариант Хопфа, полученный вычислением класса Штифеля — Уитни старшей размерности на фундаментальном цикле относительного многооб­ разия. [Так как wx (ѵ) = 0 для ориентированного многообразия с оснащением на границе, то этот инвариант не равен нулю только в размерностях п = 2, 4 или 8.]

Чтобы показать, что в данном случае нельзя получить допол­ нительной 2-примарной информации, рассмотрим отображение

S r TBSOT П К (Z, * + г) X П К (Z2, * + г),

где / г — построенное выше отображение, являющееся в стабиль­ ных размерностях 2-примарной гомотопической эквивалентностью. Дополнительной 2-примарной информацией, полученной при помощи ориентированных кобордизмов, могла бы быть лишь та,

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ