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¿Es posible encontrar un haz vectorial complejo en $S^2$ con primera clase de Chern no nula, que sea trivial como un haz vectorial real?

Estoy tratando de resolver el siguiente problema relacionado con las clases características:

¿Es posible encontrar un haz vectorial complejo en $S^2$ con primera clase de Chern distinta de cero, que sea trivial como haz vectorial real?

Sospecho que la respuesta es no, y estoy tratando de demostrarlo. Si tuviéramos dicho haz $E$, entonces sabemos que $w_2(E)$ es la imagen de $c_1(E)$ bajo el homomorfismo de coeficientes $H^2(S^2;\Bbb Z)\to H^2(S^2;\Bbb Z/2\Bbb Z)$. Me gustaría demostrar que $c_1(E)\neq0$ implica $w_2(E)\neq0$, para que $E$ no pueda ser trivial como haz vectorial real, pero no estoy seguro de cómo hacerlo. ¿Alguien tiene alguna sugerencia?

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Khushi Puntos 1266

En primer lugar, $c_1(E) \neq 0$ no implica $w_2(E) \neq 0$. Por ejemplo, pensando en $S^2$ como $\mathbb{CP}^1$, $TS^2$ es un haz vectorial complejo y $c_1(TS^2) = e(TS^2) \neq 0$ (de hecho, $\langle e(TS^2), [S^2]\rangle = \chi(S^2) = 2$). Sin embargo, $w_2(TS^2) = w_2(TS^2\oplus\varepsilon^1) = w_2(\varepsilon^3) = 0.

Si $\operatorname{rank}_{\mathbb{C}} E = 1$, entonces la respuesta a tu pregunta es no.

Sea $\sigma$ una sección nunca nula de $E$. Entonces hay un isomorfismo de haces $E \to S^2\times\mathbb{C}$ dado por $v_x \mapsto (x, \lambda_v)$ donde $\lambda_v \in \mathbb{C}$ es el único número complejo que satisface $v_x = \lambda_v\sigma(x)$. Así que $E$ es trivial y por lo tanto $c_1(E) = 0.

Nota, el argumento anterior funciona para cualquier base. En general, un haz de línea complejo es trivial si y solo si el haz real subyacente de rango dos es trivial. Sin embargo, esto ya no es cierto para los haces de línea holomórficos, es decir, existen haces de línea holomórficos no triviales que son triviales como haces de línea complejos, ver aquí por ejemplo.

Para $\operatorname{rank}_{\mathbb{C}} E > 1$, la respuesta a la pregunta que planteaste es sí.

Considera el haz vectorial complejo de rango dos $E = TS^2\oplus\varepsilon^1_{\mathbb{C}}$. Observa que $c_1(E) = c_1(TS^2) \neq 0$; en particular, $E$ no es trivial como haz vectorial complejo. Sin embargo, como haz real de rango cuatro, $E = TS^2\oplus\varepsilon^2_{\mathbb{R}} = \varepsilon^4_{\mathbb{R}}$, es decir, $E$ es trivial. Al sumar directamente con $\varepsilon^k_{\mathbb{C}}$ en lugar de $\varepsilon^1_{\mathbb{C}}`, obtenemos ejemplos para cualquier rango complejo mayor que uno.

La razón por la que existe tal ejemplo es porque $TS^2$ es un haz real establemente trivial, pero no es un haz complejo establemente trivial. Más en general, para $g \neq 1$, $E = T\Sigma_g\oplus\varepsilon^1_{\mathbb{C}}$ tiene una clase de Chern distinta de cero pero es trivial como haz real.

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Estos paquetes vectoriales tienen un rango arbitrario, pero estás asumiendo que es de rango 1 (complejo).

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Lo siento, interpreté mal la pregunta. Resulta que la respuesta a tu pregunta es sí si consideras paquetes de rangos superiores. He editado mi respuesta en consecuencia.

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¡Increíble! Gracias por volver a esto.

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