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定义Definition

嵌入的 Gysin 映射

Gysin map for an embedding · Cohomological pushforward for an embedding

用法丛Thom类定义嵌入的Gysin映射,证明投影与自交公式,并计算CP1在CP2中的推前。

形式陈述 ​

子流形上的上同调类,如何变成环境流形中高一个余维的类?设 i:N↪M 是闭光滑流形之间的光滑嵌入,余维为 r≥1,其法丛 ν 选定了交换含幺系数环 R 上的纤维定向。Gysin映射是

(1)i!:Hk(N;R)⟶Hk+r(M;R).

先用Thom同构把 α 变为 π∗α⌣Uν,再用管状邻域与切除把它视为 Hk+r(M,M∖N;R) 中的类,最后忘掉相对部分。这三个映射的合成就是 i!。

为避免边界记号混淆,切除这一步使用开法丛对 (ν,ν∖N);它的相对上同调与圆盘—球面对相同。管状邻域的不同选择通过同伦给出同一个映射。

Gysin映射满足投影公式和自交公式:

(2)β⌣i!(α)=i!(i∗β⌣α),i∗i!(α)=α⌣e(ν).

第一式把环境类放在左边,第二式把Euler类放在右边,这样无需另外搬动分次符号。定义只要求法丛定向,不必分别为 M,N 定向;整数积分解释则需与 TM|N≅TN⊕ν 相容的定向。

直觉

普通拉回 i∗ 是把环境中的类限制到子流形,次数不变。i! 则先把子流形中的类沿法方向加厚,再放回环境,因此次数增加余维。

Uν 记录穿过 N 的法向检测。特别地,i!(1) 是整个子流形在环境上同调中留下的类。把它再次限制回 N,检测的是 N 与自己的微小推移怎样相交;法丛的Euler类正好控制这种自交。

例子与边界

CP1作为CP2的超平面 ​

设

i:CP1={[z0:z1:0]}↪CP2,

环境与子流形都取复定向。记 h=c1(OCP2(1)),a=i∗h。上同调环为

H∗(CP2;Z)=Z[h]/(h3),H∗(CP1;Z)=Z[a]/(a2).

在一条线 ℓ⊂C2 处,环境切空间是 Hom(ℓ,C3/ℓ),子流形切空间是 Hom(ℓ,C2/ℓ)。两者相除得到

νℓ≅Hom(ℓ,C3/C2)≅ℓ∗.

所以 ν≅O(1),由Thom页的符号核对,e(ν)=a。

设 i!(1)=mh。自交公式给出 ma=a,故 m=1。再用投影公式,

(3)i!(1)=h,i!(a)=i!(i∗h)=h2.

于是超平面的自交数是 ∫CP1a=1,也等于 ∫CP2h2。这些等式同时核对了余维2、法丛的正负号和积分归一化。

图中两条路径都把 1 送到 a:先推前再限制,与直接乘法丛Euler类相同。所有上同调均取整数系数。

不能把推前当作拉回的逆 ​

式(3)中 i! 把次数0送到2,把次数2送到4;i∗ 却保持次数,并把 h2 送到零。自交公式也明示 i∗i! 是乘Euler类,一般不会是恒等映射。

若法丛没有整数定向,未加条件的整数 i! 就不能这样定义。模2系数始终可用;若要保留整数信息,则须引入相应的局部系数。

推论与应用

两条公式如何从定义读出 ​

在管状邻域中,包含映射与“投影到 N 再由 i 包含”同伦。因此环境类 β 的限制等于 π∗i∗β。以杯积乘Thom类后,

π∗i∗β⌣(π∗α⌣Uν)=π∗(i∗β⌣α)⌣Uν.

切除与忘掉相对部分都保持这项乘法,投影公式随即成立。

把 i!(α) 拉回 N,在管状邻域中就是沿零截面拉回 π∗α⌣Uν 的绝对像。第一因子变为 α,第二因子按定义变为 e(ν),这证明自交公式。

与Poincaré对偶和积分的联系 ​

当 M,N 均取相容定向、以整数系数计算时,局部定向圆盘中的Thom生成元积分为1。先沿法向圆盘积分,再沿 N 积分,可得

(4)∫Mβ⌣i!(α)=∫Ni∗β⌣α

只要两边处于顶次数。这也是与Poincaré对偶相容的推前描述:i! 对应同调中把 N 的循环包含进 M。尤其 i!(1) 是基本类 i∗[N] 的对偶。Thom构造解释了这个对偶为什么由法方向产生,而不只是一条抽象同构。

参考资料
  • Haynes Miller,MIT 18.906讲义,§38,第143–144页:法丛、管状邻域及Pontryagin–Thom压缩。
  • Allen Hatcher,Algebraic Topology,§4.D,Thom同构与定向。
关系图谱14 个相邻概念 · 2 类关系

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