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 是闭光滑流形之间的光滑嵌入公理库光滑嵌入Smooth embedding同时是浸入且把定义域同胚到其像的光滑映射。,余维为 ,其法丛公理库法丛Normal bundle嵌入子流形沿每一点的环境切方向模去自身切方向所得的向量丛。 选定了交换含幺系数环 上的纤维定向。Gysin映射是
先用Thom同构公理库Thom 类与 Thom 同构Thom class · Thom isomorphism用纤维定向构造Thom类,证明相对上同调的次数平移,并由零截面定义一般Euler类。把 变为 ,再用管状邻域公理库管状邻域定理Tubular neighborhood theorem嵌入子流形的环境邻域与其法丛零截面邻域微分同胚。与切除公理库切除定理Excision theorem在适当内部包含条件下,从空间对中同时删去一块不会改变相对同调。把它视为 中的类,最后忘掉相对部分。这三个映射的合成就是 。
为避免边界记号混淆,切除这一步使用开法丛对 ;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:
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 定向;整数积分解释则需与 相容的定向。
直觉
普通拉回 是把环境中的类限制到子流形,次数不变。 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。
记录穿过 的法向检测。特别地, 是整个子流形在环境上同调中留下的类。把它再次限制回 ,检测的是 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
环境与子流形都取复定向。记 ,。上同调环为
在一条线 处,环境切空间是 ,子流形切空间是 。两者相除得到
所以 ,由Thom页的符号核对,。
设 。自交公式给出 ,故 。再用投影公式,
于是超平面的自交数是 ,也等于 。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 送到 :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 把次数0送到2,把次数2送到4; 却保持次数,并把 送到零。自交公式也明示 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 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 再由 包含”同伦。因此环境类 的限制等于 。以杯积公理库杯积Cup product使上同调成为分次环的自然双线性乘法。乘Thom类后,
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 拉回 ,在管状邻域中就是沿零截面拉回 的绝对像。第一因子变为 ,第二因子按定义变为 ,这证明自交公式。
与Poincaré对偶和积分的联系
当 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 积分,可得
只要两边处于顶次数。这也是与Poincaré对偶公理库Poincaré 对偶与 cap 积Poincare duality · Poincaré duality · Cap product · 庞加莱对偶 · cap 积在有限定向组合闭流形上构造带符号的对偶胞腔,用末顶点映射证明所得同构就是与基本类的cap积,并在环面上算出整数交配矩阵。相容的推前描述: 对应同调中把 的循环包含进 。尤其 是基本类 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