形式陈述
实向量丛也能有整数系数的高次特征类吗?设 是有限CW复形上的秩 实向量丛。用张量积公理库张量积Tensor product把双线性映射统一因子化为线性映射,并可在交换环上的模中以平衡关系构造的张量积。把每根实纤维复化,得到秩 复丛 。定义
其中 是Chern类公理库Chern 类Chern classes · Total Chern class由射影丛的唯一首一关系定义Chern类,非循环地证明直和线丛公式,并计算CP2上的负顶类及截面障碍。。因而 当 ,并且拉回保持这些类。定义不要求 定向。
整数系数下有一个必须保留的细节: 的奇数下标Chern类可能是非零的2挠元。因此一般的Whitney公式
在把2变成可逆元后成立;在整数上,两边的差被2消去。添加平凡丛则没有这个问题, 在整数上就成立。
直觉
复化把实几何放进已有的Chern类计算框架,但复化后的丛还记得原来的实结构:它与自己的共轭丛同构。这个对称使偶数下标的Chern类留下整数信息,却只把奇数下标类限制为2挠,并没有自动把它们变成零。
Pontryagin类处在上同调次数 。它们适合检查稳定的实丛扭曲;要看方向反转或低维的模2障碍,还需要Stiefel–Whitney类公理库Stiefel–Whitney 类Stiefel–Whitney classes · Total Stiefel–Whitney class用实射影丛关系构造模2特征类,证明Whitney公式,计算RP2切丛并展示TS2的偶数信息如何丢失。。
例子与边界
从两个复线算出一个实四维丛
取 ,令 ,于是 。考虑复秩2丛
忘掉复数乘法后, 是实秩4丛。复化时它分成
这里纤维映射可写作 ,第二项视为共轭向量空间的元素。这是复线性同构;在一条复线的实基 上可直接检查矩阵可逆。
因此四个Chern根为 。相乘得到
所以
独立地,、,代入
也给出 。
类消失并不等于平凡
球面的切丛 不平凡,其Euler数为2;但 的正次数 上同调全部为零,所以所有正次Pontryagin类都为零。这里甚至有 :稳定不变量本来就不能恢复所有未稳定的信息。
推论与应用
共轭为什么只给出2挠结论
由分裂原理公理库特征类的分裂原理Splitting principle逐次射影化构造忠实的分裂空间,证明一般Whitney公式,并用秩二张量算例解释Chern根的合法用途。,可以在上同调拉回单射的空间上把复丛 分成线。共轭线的第一Chern类是原来的负数,于是
实结构给出 。对奇数 ,这只说明 。
把Chern的Whitney公式按偶数下标收集,偶偶乘积给出式(2),奇奇乘积则是可能剩下的2挠修正。例如
若系数环中2可逆,或相应整数上同调群没有2挠,这个修正便消失。平凡丛的全部正次Chern类为零,故稳定性无需任何无挠假设。
复丛实化与模2核对
式(3)对任意复丛成立。在分裂空间中, 的根为 ,其共轭根为 ,因而
式(4)就是 。
另一个核对方式来自实丛同构 。记 为模2约化。复丛实化满足 、奇次 为零,而模2的Whitney公式给出 。比较次数 ,得到
这既能检验计算,也说明整数Pontryagin类与模2类记录的信息彼此相接,却不能互相替代。
参考资料