Steenrodova algebra - Steenrod algebra
v algebraická topologie, a Steenrodova algebra byl definován Henri Cartan (1955 ) být algebrou stáje cohomologické operace pro mod kohomologie.
Za dané prvočíslo , Steenrodova algebra je známkou Hopfova algebra přes pole řádu , skládající se ze všech stabilních cohomologické operace pro mod kohomologie. Je generován Steenrodovy čtverce představil Norman Steenrod (1947 ) pro a Steenrod snížen th síly představen v Steenrod (1953) a Bocksteinův homomorfismus pro .
Termín „Steenrodova algebra“ se také někdy používá pro algebru kohomologických operací a zobecněná teorie cohomologie.
Kohomologické operace
Operace kohomologie je a přirozená transformace mezi cohomologickými funktory. Například pokud vezmeme cohomologii s koeficienty v a prsten, pohárový produkt operace kvadratury přináší rodinu kohomologických operací:
Kohomologické operace nemusí být homomorfismy odstupňovaných prstenů; viz Cartanův vzorec níže.
Tyto operace nedojíždí s suspenze - to znamená, že jsou nestabilní. (Je to proto, že pokud je zavěšení prostoru , pohárový produkt na cohomologii je triviální.) Steenrod vybudoval stabilní operace
pro všechny větší než nula. Zápis a jejich jméno, Steenrodovy čtverce, pochází ze skutečnosti, že omezeno na třídy studia je pohárový čtverec. Existují analogické operace pro liché primární koeficienty, obvykle označené a zavolal redukovaný -tý energetický provoz:
The generovat spojenou gradovanou algebru přes , kde násobení je dáno složením operací. Toto je mod 2 Steenrodova algebra. V případě , mod Steenrodova algebra je generována a Provoz Bockstein spojené s krátká přesná sekvence
V případě , prvek Bockstein je a snížené -tá síla je .
Axiomatická charakterizace
Norman Steenrod a David B. A. Epstein (1962 ) ukázal, že Steenrodovy čtverce jsou charakterizovány následujícími 5 axiomy:
- Přirozenost: je aditivní homomorfismus a je funkcionální ve vztahu k jakémukoli tak .
- je homomorfismus identity.
- pro .
- Li pak
- Cartan vzorec:
Steenrodovy čtverce mají navíc následující vlastnosti:
- je Bocksteinův homomorfismus přesné sekvence
- dojíždí se spojovacím morfismem dlouhé přesné sekvence v kohomologii. Dojíždí zejména s ohledem na pozastavení
- Splňují vztahy Ádem, popsané níže
Podobně následující axiomy charakterizují redukované -té pravomoci pro .
- Přirozenost: je aditivní homomorfismus a přirozený.
- je homomorfismus identity.
- je pohár -tá síla na třídách .
- Li pak
- Cartan vzorec:
Stejně jako dříve, snížená p-th pravomoci také uspokojit Ádem vztahy a dojíždět s pozastavení a hraniční operátory.
Vztahy Ádem
Vztahy Ádem pro se domnívali Wen-tsün Wu (1952 ) a zřízen José Ádem (1952 ). Jsou dány
pro všechny takhle . (Binomické koeficienty je třeba interpretovat v módu 2.) Ádemovy vztahy umožňují napsat libovolné složení Steenrodových čtverců jako součet Serre – Cartanových základních prvků.
Pro zvláštní vztahy Ádem jsou
pro A<str a
pro .
Bullett – Macdonaldova identita
Shaun R. Bullett a Ian G. Macdonald (1982 ) přeformuloval vztahy Ádem jako následující identity.
Pro dát
pak jsou vztahy Ádem rovnocenné
Pro dát
pak jsou vztahy Ádem ekvivalentní tvrzení, že
je symetrický v a . Tady je Bocksteinova operace a .
Výpočty
Nekonečný skutečný projektivní prostor
Steenrodovy operace pro skutečný projektivní prostor lze snadno vypočítat pomocí formálních vlastností Steenrodových čtverců. Odvolej to
kde Pro operace na víme, že
Používání operace
poznamenáváme, že to z Cartanova vztahu vyplývá
je kruhový morfismus. Proto
Protože existuje pouze jeden stupeň složka předchozí částky, tu máme
Konstrukce
Předpokládejme to je jakýkoli stupeň podskupina symetrické skupiny na body, kurz kohomologie v , abelianská skupina působila , a kurz kohomologie v . Steenrod (1953) ukázal, jak sestrojit snížený výkon v , jak následuje.
- Užívání externího produktu z sám se sebou times dává ekvivariantní cyklus na s koeficienty v .
- Vybrat být a smluvní prostor na kterých jedná svobodně a ekvivariantní mapa z na Stahování zpět touto mapou dává ekvivariantní cyklus na a proto je to cyklus s koeficienty v .
- Užívání šikmý produkt s v dává souboj s koeficienty v .
Steenrodovy čtverce a snížené síly jsou speciální případy této konstrukce, kde je cyklická skupina hlavního řádu působí jako cyklická permutace prvky a skupiny a jsou cyklické řádu , aby je také cyklický řádu .
Struktura Steenrodovy algebry
Jean-Pierre Serre (1953 ) (pro ) a Henri Cartan (1954, 1955 ) (pro ) popsal strukturu Steenrodovy algebry stabilního mod cohomology operations, showing that it is generated by the Bockstein homomorphism together with the Steenrod reduced powers, and the Ádem relations generate the ideal of relationships between these generators. Zejména našli explicitní základ pro Steenrodovu algebru. Tento základ se opírá o určitou představu o přípustnosti celočíselných sekvencí. Říkáme posloupnost
je přípustné, pokud pro každého , máme to . Pak prvky
kde je přípustná sekvence, tvoří základ (Serre – Cartanův základ) pro mod 2 Steenrod algebra. Pro případ existuje podobný základ skládající se z prvků
takhle
Struktura Hopfovy algebry a Milnorův základ
Steenrodova algebra má více struktury než odstupňovaná -algebra. Je to také a Hopfova algebra, takže zejména existuje úhlopříčka nebo komplikace mapa
indukovaný Cartanovým vzorcem pro působení Steenrodovy algebry na pohárový produkt. Je jednodušší popsat než mapu produktu a je dán
Tyto vzorce naznačují, že Steenrodova algebra je komutativní.
Lineární duální dělá (odstupňované) lineární duální z A do algebry. John Milnor (1958 ) dokázal, pro , že je polynomiální algebra, s jedním generátorem stupně , pro každého k, a pro duální Steenrodova algebra je tenzorový produkt polynomiální algebry v generátorech stupně a vnější algebra v generátorech τk stupně . Monomiální základ pro pak dává další výběr základu pro A, nazvaný Milnorův základ. S duálem k Steenrodově algebře je často pohodlnější pracovat, protože násobení je (super) komutativní. Komplikace pro je duální produkt na A; je to dáno
- kde ξ0= 1 a
- -li p>2
Jediný primitivní prvky z A* pro p= 2 jsou a jsou dvojí vůči (jediné nerozložitelné z A).
Vztah k formálním skupinám
Duální Steenrodovy algebry jsou superkomutativní Hopfovy algebry, takže jejich spektra jsou schémata superskupin algebry. Tato skupinová schémata úzce souvisí s automorfismem jednorozměrných aditivních formálních skupin. Například pokud p= 2, pak je duální Steenrodova algebra skupinovým schématem automorfismů jednorozměrného aditivního formálního skupinového schématu X+y to jsou identita prvního řádu. Tyto automorfismy mají formu
Algebraická konstrukce
Larry Smith (2007 ) dal následující algebraickou konstrukci Steenrodovy algebry nad a konečné pole řádu q. Li PROTI je vektorový prostor přes potom napiš SV pro symetrická algebra z PROTI. Tady je homomorfismus algebry
kde F je Frobeniova endomorfismus z SV. Pokud dáme
nebo
pro pak pokud PROTI je nekonečně dimenzionální prvky generovat izomorfismus algebry k subalgebře Steenrodovy algebry generované redukovanou p ′th síly pro p liché nebo sudé Steenrodovy čtverce pro .
Aplikace
Rané aplikace Steenrodovy algebry byly výpočty od Jean-Pierre Serre některých homotopy skupin koulí, s využitím kompatibility transgresivních diferenciálů v Serre spektrální sekvenci s operacemi Steenrod a klasifikace podle René Thom hladkých variet až po cobordismus prostřednictvím identifikace odstupňovaného kruhu tříd bordismu s homotopy skupin Thomových komplexů, ve stabilním rozsahu. Ten byl v případě orientovaných potrubí vylepšen o C. T. C. Wall. Slavná aplikace Steenrodových operací, zahrnující faktorizace prostřednictvím sekundárních kohomologických operací spojených s příslušnými Ademovými vztahy, byla řešením J. Frank Adams z Hopfův neměnný problém. Jednou z aplikací mod Steenrodovy algebry, která je poměrně základní, je následující věta.
Teorém. Pokud existuje mapa z Hopfův neměnný, pak n je síla 2.
Důkaz využívá skutečnosti, že každý je rozložitelný na k což není síla 2; to znamená, že takový prvek je produktem čtverců přísně menšího stupně.
Spojení s Adamsovou spektrální sekvencí a homotopy skupin koulí
Cohomologie Steenrodovy algebry je termín pro (p-místní ) Adamsova spektrální sekvence, jehož opěrou je p- složka stabilních homotopy skupin koulí. Přesněji řečeno termín této spektrální sekvence lze identifikovat jako
To je míněno aforismem „cohomologie Steenrodovy algebry je přiblížením stabilních homotopy skupin koulí.“
Viz také
Reference
Pedagogický
- Malkiewich, Cary, Steenrodova algebra (PDF), archivovány od originálu dne 15. 8. 2017CS1 maint: BOT: stav původní adresy URL neznámý (odkaz)
Reference
- Ádem, José (1952), „Iterace Steenrodových čtverců v algebraické topologii“, Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických, 38 (8): 720–726, Bibcode:1952PNAS ... 38..720A, doi:10.1073 / pnas.38.8.720, ISSN 0027-8424, JSTOR 88494, PAN 0050278, PMC 1063640, PMID 16589167
- Bullett, Shaun R .; Macdonald, Ian G. (1982), "O vztazích Ádem", Topologie. International Journal of Mathematics, 21 (3): 329–332, doi:10.1016/0040-9383(82)90015-5, ISSN 0040-9383, PAN 0649764
- Cartan, Henri (1954), "Sur les groupes d'Eilenberg-Mac Lane. II", Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických, 40 (8): 704–707, Bibcode:1954PNAS ... 40..704C, doi:10.1073 / pnas.40.8.704, ISSN 0027-8424, JSTOR 88981, PAN 0065161, PMC 534145, PMID 16589542
- Cartan, Henri (1955), „Sur l'itération des opérations de Steenrod“, Commentarii Mathematici Helvetici, 29 (1): 40–58, doi:10.1007 / BF02564270, ISSN 0010-2571, PAN 0068219
- Allen Hatcher, Algebraická topologie. Cambridge University Press, 2002. Dostupné zdarma online z webu domovská stránka autora.
- Malygin, S.N .; Postnikov, M.M. (2001) [1994], „Steenrod snížil výkon“, Encyclopedia of Mathematics, Stiskněte EMS
- Malygin, S.N .; Postnikov, M.M. (2001) [1994], „Steenrod square“, Encyclopedia of Mathematics, Stiskněte EMS
- May, J. Peter (1970), „Obecný algebraický přístup k operacím Steenrod“ (PDF), Steenrodova algebra a její aplikace (Proc. Conf. K oslavě šedesátých narozenin N. E. Steenroda, Battelle Memorial Inst., Columbus, Ohio, 1970)Přednášky z matematiky, 168, Berlín, New York: Springer-Verlag, str. 153–231, CiteSeerX 10.1.1.205.6640, doi:10.1007 / BFb0058524, ISBN 978-3-540-05300-2, PAN 0281196
- Milnor, John Willard (1958), „Steenrodova algebra a její duální“, Annals of Mathematics, Druhá série, 67 (1): 150–171, doi:10.2307/1969932, ISSN 0003-486X, JSTOR 1969932, PAN 0099653
- Mosher, Robert E .; Tangora, Martin C. (2008) [1968], Kohomologické operace a aplikace v teorii homotopy, New York: Dover Publications, ISBN 978-0-486-46664-4, PAN 0226634
- Rudyak, Yuli B. (2001) [1994], „Steenrodova algebra“, Encyclopedia of Mathematics, Stiskněte EMS
- Serre, Jean-Pierre (1953), „Cohomologie modulo 2 des complexes d'Eilenberg-MacLane“, Commentarii Mathematici Helvetici, 27 (1): 198–232, doi:10.1007 / BF02564562, ISSN 0010-2571, PAN 0060234
- Smith, Larry (2007). "Algebraický úvod do Steenrodovy algebry". V Hubbuck, John; Hu'ng, Nguyễn H. V .; Schwartz, Lionel (eds.). Sborník školy a konference v algebraické topologii. Monografie o geometrii a topologii. 11. 327–348. arXiv:0903.4997. doi:10.2140 / gtm.2007.11.327. PAN 2402812.
- Steenrod, Norman E. (1947), "Produkty cocycles a rozšíření mapování", Annals of Mathematics, Druhá série, 48 (2): 290–320, doi:10.2307/1969172, ISSN 0003-486X, JSTOR 1969172, PAN 0022071
- Steenrod, Norman E. (1953), „Homologické skupiny symetrických skupin a operace se sníženou energií“, Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických, 39 (3): 213–217, Bibcode:1953PNAS ... 39..213S, doi:10.1073 / pnas.39.3.213, ISSN 0027-8424, JSTOR 88780, PAN 0054964, PMC 1063756, PMID 16589250
- Steenrod, Norman E. (1953), „Cyklické snížené schopnosti tříd kohomologie“, Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických, 39 (3): 217–223, Bibcode:1953PNAS ... 39..217S, doi:10.1073 / pnas.39.3.217, ISSN 0027-8424, JSTOR 88781, PAN 0054965, PMC 1063757, PMID 16589251
- Steenrod, Norman E. (1962), Epstein, David B. A. (vyd.), Kohomologické operace, Annals of Mathematics Studies, 50, Princeton University Press, ISBN 978-0-691-07924-0, PAN 0145525
- Wu, Wen-tsün (1952), Sur les puissances de SteenrodColloque de Topologie de Strasbourg, IXLa Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg, PAN 0051510