Подрасслоения, факторы и дополнения
Предыдущая глава построила расслоения с помощью операций вроде прямой суммы и внешней степени: ранг результата каждой такой операции заранее определяется рангами исходных расслоений. Для ядра и образа конкретного морфизма это уже неверно — их размерности могут меняться от точки к точке. Здесь мы найдём точное условие, при котором семейство подпространств
Векторные подрасслоения
Теперь сформулируем, какого условия не хватало в примере из конца предыдущей главы. Одного послойного включения
Векторное подрасслоение
Подмножество
Локальная тривиализация такого
Например, если
Для построения фактора нужны координаты на всём
Образ послойно инъективного морфизма
Пусть морфизм расслоений
является подрасслоением
Зафиксируем точку
Поэтому следующий морфизм задаётся квадратной матрицей:
В слое над
Теперь применим его к включению
Локальная форма подрасслоения
Пусть
Для подрасслоения это условие равносильно существованию около каждой точки дополнения
Именно это разложение понадобится дальше: дополнение
Факторы по подрасслоениям
Пусть
Топологический фактор
Объединим послойные фактор-пространства в множество
и обозначим класс вектора
задаёт на
Эквивалентные векторы лежат в одном слое, поэтому проекция
Оно непрерывно: равенство
Зафиксируйте координату класса и двигайте представителя вдоль подпространства. Затем измените поперечную координату. Какое движение сохраняет образ в факторе? Отдельно проверьте нулевой класс.
Фактор по подрасслоению
Если
Зафиксируем точку базы и выберем вокруг неё окрестность
В этих координатах определена непрерывная проекция на второе слагаемое
Она принимает одинаковые значения на векторах, которые отличаются на элемент
для которого
- Применяем определения
- Результат: Возвращаем исходный класс
Следовательно, отображения
Обозначим включение через
Последовательность, точная в каждом слое, называется короткой точной последовательностью (short exact sequence). Из размерностей её членов следует
Дополнение
Чтобы так же собрать в расслоение послойные коядра произвольного морфизма, нужно сначала убедиться, что его послойный образ является подрасслоением. Следующая часть даст для этого проверяемое условие.
Ядра, образы и коядра морфизмов
Для морфизма
Локально постоянный ранг
Морфизм
Для произвольного морфизма положим
Ядро и образ получают топологии подпространств из
Критерий локально постоянного ранга
Если
является изоморфизмом векторных расслоений.
Докажем достаточность около точки
Выберем невырожденный минор размера
Знак
Первые две постоянные координатные модели дают локальные тривиализации ядра и образа. Для коядра проекция на последние
Необходимость следует из формул размерностей в начале части. Если расслоением является ядро, образ или коядро, его ранг локально постоянен; соответствующая формула тогда заставляет
Сцена сравнивает семейство постоянного ранга
с семейством
В каждом семействе сравните отрицательный параметр, ровно нуль и положительный параметр. До выбора нуля предскажите размерности ядра и образа. Объясните, почему непрерывности матричных коэффициентов недостаточно для постоянства этих размерностей.
Проекторы и разложения в прямую сумму
Критерий локально постоянного ранга отвечает на вопрос, оставленный в конце предыдущей главы: когда послойные ядра, образы и коядра образуют расслоения. Теперь вернёмся к дополнениям. В первой части дополнение к подрасслоению строилось только над небольшой окрестностью и служило для получения локальных координат. Разложение
Пусть выбрано разложение
Повторное применение ничего не меняет, поэтому
Проектор
Эндоморфизм
Проекторы и разложения в прямую сумму
Проекторы на
взаимно обратны. В частности, каждый проектор задаёт разложение
Сначала проверим послойную линейную алгебру. Для каждого
Значит, первое слагаемое лежит в
Остаётся доказать, что слагаемые являются подрасслоениями. Зафиксируем
Послойное разложение в прямую сумму даёт
является изоморфизмом в каждом слое и потому изоморфизмом расслоений.
В обратную сторону разложение
Таким образом, при фиксированном
Эрмитовы метрики и ортогональные дополнения
Само включение
Эрмитова метрика
Эрмитовой метрикой (Hermitian metric) на
Непрерывность метрики означает, что в любой локальной тривиализации элементы матрицы
После выбора метрики условие ортогональности имеет смысл во всех слоях. Пусть
Ортогональное дополнение
Семейство
Остаётся проверить непрерывность ортогонального выбора. На окрестности
непрерывна и обратима. Для
однозначно определяются системой
Правая часть системы
В сцене зафиксированы
Начните с нулевого параметра метрики, затем сравните положительное и отрицательное значения. Какие прямая и проектор меняются, а какое подпространство остаётся на месте? Объясните, почему разные дополнения могут представлять один фактор.
Следовательно, ортогональное дополнение определяется не одним
Критерии для подрасслоений, факторов и дополнений
- семейство линейных подпространств
является подрасслоением тогда и только тогда, когда в подходящей локальной тривиализации переходит в - фактор-топология задаёт топологию на множестве послойных классов
без дополнительных выборов, а локальное дополнение доказывает его локальную тривиальность - послойные ядро, образ и коядро образуют расслоения точно при локально постоянном ранге морфизма
- проектор с образом
равносилен выбору дополнения к , а метрика выделяет ортогональное дополнение
В следующей главе предположим, что база компактна и хаусдорфова. Конечное число глобальных сечений задаст послойно сюръективный морфизм из тривиального расслоения в