無定向配邊類

無定向配邊類

無定向配邊類(unoriented cobordism class)又稱未定向配邊類,是流形的一種等價類,邊緣流形的理論稱為配邊,兩個緊n維流形屬於一個配邊類,如果它們的不交並是個邊緣, 可以證明這是一種等價關係。兩個光滑閉n維流形M1與M2屬於同一個無定向的配邊類的充分必要條件是它們的不相交的並M1∪M2是光滑緊n+1維流形的邊緣。

基本介紹

未定向配邊類是流形的一種等價類,兩個光滑閉n維流形M與M屬於同一個無定向的配邊類的充分必要條件是它們的不相交的並M∪M是光滑緊n+1維流形的邊緣。

無定向配邊理論

無定向配邊類 無定向配邊類

托姆在所有不考慮定向的流形中,引入一個等價關係,其相互配邊的流形(同一維)構成一個等價類。n維閉流形等價類全體在加法之下構成阿貝爾群 ,其中加法為

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么元(零元)就是本身是邊緣的流形,而且兩流形的拓撲積可定義乘法

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於是直和

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成為分次交換環(代數),稱為 配邊環托姆代數

相關概念

定向配邊類

定向配邊類(oriented cobordism class)是流形的一種等價類,對於兩個光滑緊定向n維流形M與M′,若存在一個光滑緊的帶邊的定向流形X,使得∂X及其誘導定向在保持定向的同胚之下同胚於M與(-M′)的無交並,則稱M與M′屬於同一個定向配邊類。

定向配邊類的這種關係是自反的、對稱的和傳遞的,因此是一個等價關係,在這種等價關係之下的等價類之集記為Ω,對Ω中的任意兩個元素{M},{M′},用無交並作為群運算,則Ω構成一個阿貝爾群,這個群的零元就是空流形的配邊類。例如,可以列出定向配邊類群如下:Ω≅Z,Ω=0,Ω=0,Ω=0,Ω≅Z,Ω=Z/2,Ω=0,Ω=0,Ω≅Z⊕Z,Ω=(Z/2)⊕(Z/2),Ω≅Z/2,Ω≅Z/2。

配邊理論

兩個緊緻的無邊的n維C流形M和M,稱為是 模2配邊的,如果存在緊緻帶邊的n+1維C流形W,使∂WC微分同胚於M×{0} ∪M×{1},記作M0~M。模2配邊是n維緊緻無邊流形之間的一個等價關係。n維C流形M所在的等價類記作[M],等價類的全體作成的集合記作ℛ,稱為n維 不定向的配邊群

類似地,M和M是定向的n維無邊C流形,它們的定向分別為ω和ω,稱(M,ω)和(M,ω)是配邊的,如果存在n+1維帶邊C流形(W,θ)及保持定向的C微分同胚f:(∂W,∂θ)→(M×{0},-ω)∪ (M×{1},ω)。n維定向無邊定向C流形的等價類的全體做成的集合記作Ω。

把W嵌入到某歐氏空間Rq,可定義[M0]+ [M]等於[M0+M],不難證明ℛ對加法做成一個交換群稱為 n維配邊群。對加法和乘法做成一個有單位元的交換環,稱為 n維配邊環。且更有甚者,做成一個模2的交換代數,稱為 托姆(Thom)代數

類似地在Ω中定義加法和乘法,則Ω對加法做成交換群,稱為 n維定向配邊群,對加法和乘法做成有單位元的環,稱為 n維定向配邊環

拓撲流形的定向

無定向配邊類 無定向配邊類

拓撲流形的定向(orientation of topological manifold)是確定流形指向的方式問題,有多種等價的方式來定義流形的定向,這裡介紹比較基本的兩種。設M為n維拓撲流形,由定義可知存在M的一個開覆蓋{U|λ∈Λ},使得對於每個U有同胚φ:U≌R(或 ),於是當U∩U≠∅時,

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是R(或 )的開子集之間的同胚,若在M上可選取U與φ,λ∈Λ,使得當U∩U≠∅時, 總是保向同胚,則稱M為 可定向流形;否則,稱為 不可定向流形

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設 為單位區間, 為流形M的一條道路,選取 的一個分割

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使得 某 ,現在通過 選取 的序向,使得在 和 上,它們有一致的序向,則當a為環道時,有a(0)的鄰域 到a(1)的鄰域 的一個同胚h,若h為保向同胚,則稱a為保向的;否則稱a為逆向的,於是M可定向的等價說法是:M上的任意環道都是保向環道,由於具有相同基點的同倫環道有相同的保向性,所以單連通流形必定可定向,因此n維球面Sn當n≥2時可定向(當然圓周S1也可定向),另一方面,如圖所示,默比烏斯帶的腰圓是一條逆向曲線,從而默比烏斯帶不可定向,因此一切包含默比烏斯帶的曲面均不可定向,所以2維實射影平面、克萊因瓶等均為不可定向的閉曲面(2維流形)。

圖1 圖1

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