“设 $M\subseteq N$ 是无边界光滑流形 $N$ 中的无边界嵌入子流形,$\nu(M)\to M$ 为其法丛。管状邻域定理断言,存在包含零截面的开集 $V\subseteq\nu(…”
形式陈述
设
当
是商向量空间,记录环境方向在忽略切向滑动后的等价类。空子流形的法丛为空丛,不用可能为负的维数差指定其秩。该商定义只依赖嵌入和光滑结构,不依赖距离或角度。
若在
并由正交投影得到
若
诱导法丛定向。若缺少任一全局定向,法丛仍存在,只是未必可定向或可平凡化。
直觉
子流形内的切向量只会沿着子流形挪动,不会把点推出它;真正描述“离开子流形”的是环境切向量模掉所有切向分量后的剩余。商空间做的正是这件事。选择度量以后,每个等价类有唯一的正交代表,于是抽象的“模切向”变成可以画出的法向箭头。
法丛局部总像
法丛以定义域
例子与边界
标准圆周
张成,法向由
张成。
同理,单位球面
把 Möbius 带看成非平凡实线丛的单位圆盘丛,其零截面是一条嵌入圆周;等价地,也可把带的开内部识别为该线丛的总空间。沿中心圈走一周,横向纤维坐标反号,所以零截面的法线丛正是非平凡 Möbius 线丛;不存在处处非零的连续法截面。这个例子说明“余维一”只保证每根纤维是一维,不保证有全局左右两侧。
对八字形浸入
若
推论与应用
法丛给出嵌入的一阶邻域模型。选环境度量后,法向指数映射把零截面附近的短法向量送到
在法丛有系数定向时,嵌入的Gysin映射把子流形的类与法向Thom类相乘,再通过管状邻域送入环境。对
法丛的特征类测量其扭转。当闭流形
但这本身不表示
余维一时,法丛可平凡化等价于存在全局不消失法向场;在定向环境中,这又与子流形的双侧性紧密相关。但“可定向子流形必双侧”需要环境定向及适当的余维假设,不能脱离条件泛化。
参考资料
- John M. Lee, Introduction to Smooth Manifolds, 2nd ed., Springer, 2013, Chs. 6 and 10, normal/tubular neighborhoods and vector bundles.
- Morris W. Hirsch, Differential Topology, Springer, 1976, Ch. 4, vector bundles and tubular neighborhoods.
- Dale Husemöller, Fibre Bundles, 3rd ed., Springer, 1994, Chs. 1–3, quotient bundles and bundle complements.