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Construcción de Stiefel-Whitney y las clases de Chern

He visto dos construcciones de estas características de las clases. El primero viene de Milnor y Stasheff del libro y consiste en la Thom isomorfismo y (al menos para mí) el lugar misterioso Steenrod cuadrar las operaciones.

La otra construcción proviene de Nacedoras Vector de Paquetes y K-el libro de la Teoría. Hay Hatcher utiliza el Leray-Hirsh el teorema de pick out clases específicas para la tautológica de la línea de paquete de más de $\mathbb{P}_{\mathbb{R}}^\infty$ para el Stiefel-Whitney clases y hace el análogo cosa más de $\mathbb{C}$ para las clases de Chern.

¿Alguien sabe de una buena manera de comparar estas construcciones es decir, la verificación de que ellos escogen las mismas clases? O es que hay una buena fuente donde esto se discute?

También la cohomology anillos de la infinita Grassmanians $G_n(\mathbb{R}^\infty), G_n(\mathbb{C}^\infty)$ tienen buenas descripciones como los anillos de polinomios en la respectiva característica de las clases, hay una descripción similar de la cohomology anillo de la Thom espacio $T = T(\gamma_n)$ asociadas a la tautológica vector paquete de $\gamma_n$ más de $G_n(\mathbb{R}^\infty), G_n(\mathbb{C}^\infty)$?

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PowerApp101 Puntos 2246

Como Espinoso dijo, Milnor de la definición axiomática parece ser precisamente la mejor manera de demostrar que las diferentes definiciones de la misma. El empuje principal de su "definición" es la prueba de que cualquier invariantes que satisfacen estos axiomas deben ser de la misma como Stiefel-Whitney clases. En su libro, se conectan las dos nociones que describo a continuación así como el Steenrod cuadrados definición. También debe servir para demostrar que todas las definiciones que hablan es el mismo.


El resto de esta respuesta podría tener menos que ver con su pregunta exacta que con mi tendencia a ver una pregunta interesante título y empezar a escribir. Lo siento! Aún así, siento que son cosas que deben decirse (o, al menos, no merecen ser borrados).

Creo que hay dos aspectos muy importantes para entender el carácter de las clases. Ambos se explican en Milnor Característico de las Clases, pero no como la definición, ya que no son tan exactas (pero, para mí, son mucho más intuitivo).

  • Piense en su vector paquete como un mapa de su espacio X en un Grassmanian. El cohomology de la Grassmanian (más precisamente, el de $\mathbb Z/2$ cohomology de la real Grassmanian, o la habitual cohomology de la compleja Grassmanian) es un polinomio de álgebra en algunos generadores. La característica de las clases (Stiefel-Whitney o de Chern, respectivamente) son precisamente los pullbacks de estos cohomology clases a X a través del mapa.

    La lectura de su pregunta con cuidado, supongo que usted ya lo sabía. Aún así, creo que se debe dar a esta definición, más crédito. En particular, creo que esta es la mejor explicación de la razón filosófica de por qué "la característica de las clases existen. Una cosa que me confunde: ¿por qué los pullbacks del entero cohomology de la real Grassmanian nunca se llama característica de las clases? Estoy seguro de que son un dolor de calcular, pero que no justifica por qué a nadie parece importarle en absoluto...

  • Se puede entender a través de la obstrucción de la teoría (otra referencia: Steenrod la "Teoría de los Haces de Fibras). La idea es generalizar la definición de la característica de Euler usando campos vectoriales. Es decir, tratar de construir un lugar de cero sección de su paquete. La obstrucción puede ser un cohomology de clase, que se llama la clase de Euler (y corresponde mod 2 para la parte superior Stiefel-Whitney de la clase). Tratar de construir dos linealmente independientes de la nada-cero secciones de la agrupación. La obstrucción puede ser un cohomology de clase que, mod 2, será el siguiente (una dimensión inferior) Stiefel-Whitney de la clase. Si sigues así, vas a construir todas las clases.


Aquí está una explicación de por qué las obstrucciones a la construcción de la no-cero secciones son cohomology clases, para el caso de una sola sección.

Piense en su espacio X como un CW-complejo; inicio su construcción en el 0-esqueleto, y luego trate de la ampliación de la sección a 1-esqueleto, y así sucesivamente. En cada paso, usted será, básicamente, resolver el siguiente problema:

Dado un campo vectorial en el límite $S^{n-1}$, o el balón $B^n$, se puede extender a toda la bola?

Para resolver esto, piense en el campo de vectores como un mapa $S^{n-1}\to \mathbb R^m$ donde m es la dimensión de su paquete (se puede asumir que el paquete es trivial sobre el balón de $B^n$ ya que la bola es contráctiles). Desde el campo de vectores se supone que en ninguna parte de cero, usted puede pensar en esto como un mapa $S^{n-1}\S^{m-1}$. Si $n<m$, este mapa está siempre nullhomotopic y siempre se extiende a la pelota. Si $n=m$, se obtiene un número entero, el título del mapa, que le dice a usted si usted puede extender. Puesto que usted consigue un número entero para cada grado-m celda de la CW-complejos, se puede conseguir algo que se parece a un cohomology de clase en $H^m(X)$ (por supuesto, usted necesita verificar por separado que en realidad es uno, y si son lo suficientemente precisas, verás que estos enteros sólo tienen sentido mod 2). Esta es la clase de Euler.

Si usted quería construir dos linealmente independientes secciones, en primer lugar, construir uno hasta el $n-1$-esqueleto (que siempre es posible). Ahora, vamos a empezar a hacer el segundo. Usted podría requerir de la segunda sección de ser ortogonal a la primera. Así, en el problema con la extensión, tendrás un mapa $S^{n-1}\to \mathbb R^{m-1}$ donde $\mathbb R^{m-1} \subconjunto \mathbb R^m$ es el subespacio ortogonal a la primera sección. Ya que, además, no puede ser cero, es realmente un mapa $S^{n-1}\S^{m-2}$. El resto del argumento es el mismo, se puede obtener una clase en $H^{m-1}(X)$.


Habitual descargo de responsabilidad: puede haber errores en cualquier lugar. Por favor, seleccione un vistazo!

20voto

Patrick McElhaney Puntos 22093

Esto no es una respuesta a su pregunta. Más bien, es un "menos misterioso" versión de la Milnor-Stasheff la construcción de la Stiefel-Whitney clases, que no se refieren explícitamente a Steenrod operaciones. (Yo creo que he aprendido de mi asesor de tesis, cuando yo era un chaval ... fue hace mucho tiempo ...)

Deje que $V\a X$ ser un verdadero vector de paquete. Vamos $S^\infty=\bigcup S^n$, la dimensión infinita de la esfera. Tomando el producto con $S^\infty$ da un vector paquete $V\times S^\infty\X\times S^\infty$. Me producen un vector paquete $V'\X\times RP^\infty$ dividiendo a cabo por una acción del grupo cíclico de orden $2$ en tanto la base como el espacio total de:

  • sobre la base de $X\times S^\infty$, la involución es de $(x,y)\mapsto (x,-y)$;
  • en el espacio total $V\times S^\infty$, la involución es de $(v,y)\mapsto (-v,-y)$.

La clase de Euler $e(V')$ $V$ es un elemento de grado $$ n $H^\*(X\times RP^\infty; Z/2) = H^\*(X;Z/2)[t]$. La siguiente fórmula se tiene: $$ e(V') = t^n + w_1(V)t^{n-1}+\cdots + w_n(V).$$ Así que si usted tiene una clase de Euler, entonces usted puede utilizar esto como la definición de la Stiefel-Whitney clases. El ministerio de defensa-2 de Euler de la clase es bastante fácil de definir de Milnor-Stasheff punto de vista de: $e(V')$ es el pullback a lo largo de la $0$ sección de la clase de orientación en la cohomology de la Thom espacio de $V'$.

Es fácil comprobar los axiomas de este tipo. Ciertamente es natural, ya que $V\mapsto V'$ e $e$ son functorial. Whitney suma de la siguiente manera a partir de $(V\oplus W)'\aprox V'\oplus W'$ y el Whitney fórmula de la suma para la clase de Euler. Si $R\a \*$ es el trivial paquete, luego $R'\a RP^\infty$ es el canónica de la línea, por lo que $e(R')=t$ así $w_0(R)=1$ y $w_1(R)=0$. Usted puede usar esto para mostrar que $w_0(V)\in H^0 X$ es igual a $1$ para cualquier paquete de más de $X$, tirando hacia atrás de $V$ a través de cualquier punto de $X$ (donde se vuelve trivial). Si $L\a RP^\infty$ es el canónica de la línea, luego $L'\a RP^\infty\times RP^\infty$ es $L_1\otimes L_2$, el producto tensor de la canónica de la línea de paquetes sobre cada factor. Por lo que $e(L')=s+t= 1\cdot t^1 + s\cdot t^0$, dando $w_0(L)=1$ y $w_1(L)=s$ (donde $s\H^1RP^\infty$ es el generador).

Añadió más tarde. Yo escribí lo anterior, mientras que yo estaba un poco febril :). No se me ocurren cuando se describe lo que es una bonita forma estándar de construcción característico de las clases; la variante que da clases de chern probablemente es más familiar.

También me dijo que es una "versión" de la Steenrod operación de construcción de SW clases, así que vamos a tratar de explicarme. Voy a esbozar un "directo" la prueba de que el Steenrod definición de operación de SW clases es equivalente a la que se dio anteriormente (es decir, sin referencia a los axiomas que M-S para dar SW clases).

Steenrod operaciones provienen de un extendido "de plaza" de la construcción en cohomology las clases (ver mi respuesta en por Qué lo hace pensar a uno a Steenrod plazas y poderes?). Si $X$ es un espacio, vamos a $DX=(X\times X \times S^\infty)/(Z/2)$, donde puedo dividir por la involución $(x_1,x_2,y)\a (x_2,x_1,-y)$. El extendido "cuadrado" es una función $$P: H^n(X) \H^{2n}(DX).$$ Cohomology es con mod-2 coeficientes. Si usted restict a lo largo de la "diagonal" incorporación de $d: X\times RP^\infty \, DX$, se obtiene Steenrod plazas: $$d^\*(P(a)) = t^{n}Sq^0(a) + t^{n-1}Sq^1(un) + \cdots + Sq^n(a).$$ Hay una relativa versión de este: si $V\a X$ es un vector paquete, por lo que es de $DV\, DX$; $T(V)$ para la Thom espacio de $V$, y escribir $f: T(V) \T(DV)$ para el mapa inducida por la diagonal de la inclusión. Si $u\H^nT(V)$ es la clase de orientación, a continuación, $$f^\*(P(u))= t^{n}Sq^0(u)+t^{n-1}Sq^1(u)+\cdots +Sq^n(u).$$ De acuerdo a Milnor-Stasheff, $Sq^i(u)=u\\,w_i(V)$.

La cuidada hecho es que $P(u)\in H^{2n}T(DV)$ tiene que ser la clase de orientación de $u'$ de $DV\, DX$! Por lo que siempre que puedo describir la clase de orientación, no necesito saber acerca de Steenrod opeartions! Por lo tanto, $f^\*(u')\in H^\*TV[t]$ es el polinomio cuyos coeficientes son los SW clases. Para obtener la fórmula que me dio originalmente, se observa que $f^*(u')=u\\, e(V')$, esto es debido a la retirada del paquete de $TV\a TX$ junto $d: X\a DX$ es el mismo que el paquete de $V+V' \a X$.

¿Por qué es de $P(u)$ la clase de orientación de $DV$? La clase de orientación de un paquete ordinario cohomology mod-2 es el único elemento que restringe a la clase fundamental de la esfera cuando se restringe a cada fibra, por lo que sólo tendrá que comprobar que $P(u)$ tiene esta propiedad. Y esto es bastante fácil (la operación $P$ es natural, y es fácil entender cómo $P$ funciona cuando tienes un espacio discreto, o un paquete de más de un espacio discreto.)

12voto

knuton Puntos 865

Permítanme ofrecer una definición no muy lejos de obstrucción de la teoría (como Ilya dio), pero sin hacer referencia a la obstrucción de la teoría y de lo más elemental.

Supongamos por simplicidad que $X$ es un complejo simplicial, y el paquete de $E$ es seccionalmente lineales (trivializado sobre cada simplex, con mapas de transición más común caras que son lineales) y de dimensión $n$. Primero considere un seccionalmente lineales de la sección en el $n$-esqueleto de $X$ aislado con ceros (tales secciones son densas en el espacio de todas las secciones). A continuación, la clase de Euler, que es el $$n th SW de la clase $w_n(E)$, es representado por el cochain cuyo valor en $$n-simplex $\sigma$ es el (mod-dos) recuento de los ceros de esa sección en $\sigma$. Ejercicios de la diversión: mostrar que este es un cocycle, y que las diferentes opciones de las secciones dar lugar a cohomologous cocycles.

De manera más general, considerar $i$ diferentes secciones sobre el $n-i+1$ esqueleto, que son linealmente dependientes en sólo un conjunto finito de puntos. El SW de la clase $w_{n-i}$ evalúa en unos $n-i$ simple $\sigma$ como el recuento de los puntos de la dependencia de estas secciones.

Me gusta enseñar SW clases desde esta perspectiva, en primer lugar porque es un explícito, cochain nivel de definición y por lo tanto muestra que existen buenas razones geométricas considerar cochains. Pero luego me gusta para seguir adelante y desarrollar la clasificación de la perspectiva del espacio así, el uso de Milnor de axiomas y unicidad teorema de conectar con ellos. Me conjetura (pero no seguro) que en Milnor del tiempo este tipo de "la dependencia de las secciones" enfoque fue ampliamente conocidos, así que él podría asumir parte de que la familiaridad como destacó axiomatics.

8voto

Klaim Puntos 24511

La manera fácil de comparar aquellos que se compruebe que ambos satisfacen los axiomas y, a continuación, utilizar la unicidad de la característica de las clases. La división de lema (cada vector paquete se puede tirar hacia atrás de la suma de la línea de paquetes con un mapa en el que se induce un inyectiva mapa en cohomology) hace unicidad trivial.

En cuanto a la segunda pregunta, vector bundles " total plazas son homotopically equivalente a sus bases. Tal vez quisiste Thom espacios? En este último caso, usted recibe $G_{n-1}$ de $\gamma_n$, y esta es una de las formas de calcular el cohomology anillo de $G_n$.

1voto

Seth Hikari Puntos 456

Uno de los beneficios de la M-S definición (que recientemente he notado, es que es un poco más computable que el uso de la clasificación de vector de paquetes y la inducida por el mapa en cohomology. Normalmente cohomology anillos de espacios con información sobre la acción del álgebra de steenrod, o al menos a veces puede ser deducido a partir de la estructura de anillo o de otros "más familiar argumentos". También, la Thom isomorfismo es "bien entendido". Por el bien entendido yo simplemente quiere decir que sea un poco más accesible/susceptible a la computación. Si usted mira en el capítulo 4 de la M-S que ver que todo lo que se puede hacer sólo a partir de los axiomas. Esta es al menos mi impresión.Yo sería muy feliz de escuchar lo que otros piensan de esto aunque viendo como todavía estoy tratando de entender el carácter de clase de mí mismo.

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