Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В математике , К-теория , грубо говоря, исследование в кольце , порожденного векторных расслоений над топологическим пространством или схемы . В алгебраической топологии это теория когомологий, известная как топологическая K-теория . В алгебре и алгебраической геометрии это называется алгебраической K-теорией . Это также фундаментальный инструмент в области операторных алгебр . Это можно рассматривать как изучение определенных видов инвариантов больших матриц . [1]

K-теория предполагает построение семейств K - функторы , что отображение топологических пространств или схем для связанных колец; эти кольца отражают некоторые аспекты структуры исходных пространств или схем. Как и в случае с функторами групп в алгебраической топологии, причиной этого функториального отображения является то, что легче вычислить некоторые топологические свойства из отображенных колец, чем из исходных пространств или схем. Примеры результатов, полученных с помощью подхода K-теории, включают теорему Гротендика – Римана – Роха , периодичность Ботта , теорему Атьи – Зингера об индексе и операции Адамса .

В физике высоких энергий K-теория и, в частности, скрученная K-теория появились в теории струн типа II, где было высказано предположение, что они классифицируют D-браны , напряженности поля Рамона – Рамона, а также некоторые спиноры на обобщенных комплексных многообразиях . В физике конденсированного состояния K-теория использовалась для классификации топологических изоляторов , сверхпроводников и стабильных поверхностей Ферми . Подробнее см. K-теория (физика) .

Завершение Гротендика [ править ]

Пополнение Гротендика абелевого моноида в абелеву группу является необходимым ингредиентом для определения K-теории, поскольку все определения начинаются с построения абелевого моноида из подходящей категории и превращения его в абелеву группу с помощью этой универсальной конструкции. Учитывая абелева Моноид LET быть отношение на определен

если существует такой, что Тогда, набор имеет структуру группы, где:

Классы эквивалентности в этой группе следует рассматривать как формальные различия элементов в абелевом моноиде.

Чтобы лучше понять эту группу, рассмотрим некоторые классы эквивалентности абелевого моноида . Здесь мы будем обозначать единичный элемент через . Во-первых, для любого, поскольку мы можем установить и применить уравнение из отношения эквивалентности, чтобы получить . Из этого следует

следовательно, у нас есть аддитивная инверсия для каждого элемента в . Это должно дать нам понять, что мы должны думать о классах эквивалентности как о формальных различиях . Еще одно полезное наблюдение - инвариантность классов эквивалентности при масштабировании:

для любого

Пополнение Гротендика можно рассматривать как функтор , и оно обладает тем свойством, что оно остается сопряженным с соответствующим забывчивым функтором . Это означает, что при данном морфизме абелевого моноида на лежащий в основе абелев моноид абелевой группы существует единственный морфизм абелевой группы .

Пример натуральных чисел [ править ]

Наглядным примером является завершение Гротендика . Мы это видим . Для любой пары мы можем найти минимального представителя , используя инвариантность относительно масштабирования. Например, из масштабной инвариантности видно, что

В общем, если мы положим, то найдем, что

который имеет форму или

Это показывает, что мы должны думать о положительных целых числах, а о отрицательных.

Определения [ править ]

Существует ряд основных определений K-теории: два из топологии и два из алгебраической геометрии.

Группа Гротендика для компактных хаусдорфовых пространств [ править ]

Учитывая компактным хаусдорфовы пространство рассмотрит множество классов изоморфизма конечномерных векторных расслоений над , обозначаемыми и классом изоморфизма векторного расслоения обозначит . Поскольку классы изоморфизма векторных расслоений хорошо себя ведут по отношению к прямым суммам , мы можем записать эти операции на классах изоморфизмов как

Должно быть ясно, что это абелев моноид, в котором единица задается тривиальным векторным расслоением . Затем мы можем применить пополнение Гротендика, чтобы получить абелеву группу из этого абелевого моноида. Это называется К-теорией и обозначается .

Мы можем использовать теорему Серра – Свана и некоторую алгебру, чтобы получить альтернативное описание векторных расслоений над кольцом непрерывных комплекснозначных функций как проективных модулей . Затем их можно отождествить с идемпотентными матрицами в некотором кольце матриц . Мы можем определить классы эквивалентности идемпотентных матриц и образовать абелев моноид . Также называется его завершение Гротендика . Один из основных методов вычисления группы Гротендика для топологических пространств исходит из спектральной последовательности Атьи – Хирцебруха , что делает его очень доступным. Единственные необходимые вычисления для понимания спектральных последовательностей - это вычисление группы сфер.[2] стр. 51-110 .

Группа Гротендика векторных расслоений в алгебраической геометрии [ править ]

Аналогичная конструкция возникает при рассмотрении векторных расслоений в алгебраической геометрии . Для нётеровой схемы существует набор всех классов изоморфизма алгебраических векторных расслоений на . Тогда, как и раньше, прямая сумма классов изоморфизмов векторных расслоений определена корректно, что дает абелев моноид . Затем группа Гротендика определяется применением конструкции Гротендика на этом абелевом моноиде.

Группа Гротендика когерентных пучков в алгебраической геометрии [ править ]

В алгебраической геометрии ту же конструкцию можно применить к алгебраическим векторным расслоениям над гладкой схемой. Но для любой нётеровой схемы существует альтернативная конструкция . Если мы посмотрим на классы изоморфизма когерентных пучков, мы можем модифицировать их соотношением, если существует короткая точная последовательность

Это дает группу Гротендика, которая изоморфна, если является гладкой. Группа особенная, потому что существует также кольцевая структура: мы определяем ее как

Используя теорему Гротендика – Римана – Роха , имеем

является изоморфизмом колец. Следовательно, мы можем использовать для теории пересечений . [3]

Ранняя история [ править ]

Можно сказать, что эта тема началась с Александра Гротендика (1957), который использовал ее для формулировки своей теоремы Гротендика – Римана – Роха . Название происходит от немецкого Klasse , что означает «класс». [4] Гротендик необходим для работы с когерентными пучками на алгебраическом многообразии X . Вместо того, чтобы работать напрямую с пучками, он определил группу, используя классы изоморфизма пучков в качестве генераторов группы, с учетом отношения, которое идентифицирует любое расширение двух пучков с их суммой. Полученная группа называется K (X), когда используются только локально свободные пучки , или G (X)когда все связные связки. Любая из этих двух конструкций называется группой Гротендика ; К (Х) имеет когомологическое поведение и G (X) имеет гомологическое поведение.

Если X - гладкое многообразие , две группы совпадают. Если это гладкое аффинное многообразие , то все расширения локально свободных пучков расщепляются, поэтому у группы есть альтернативное определение.

В топологии , применив ту же конструкцию к векторным расслоениям , Майкл Атья и Фридрих Хирцебрух определили K (X) для топологического пространства X в 1959 г. и, используя теорему периодичности Ботта, они сделали его основой необычной теории когомологий . Он сыграл важную роль во втором доказательстве теоремы Атьи – Зингера об индексе (около 1962 г.). Более того, этот подход привел к некоммутативной K-теории для C * -алгебр .

Уже в 1955 году, Жан-Пьер Серр использовал аналогию векторных расслоений с проективными модулями сформулировать гипотезу Серра , в котором говорится , что каждый конечно порожденный проективный модуль над кольцом многочленов является свободным ; это утверждение верно, но оно было подтверждено только 20 лет спустя. ( Теорема Суона - еще один аспект этой аналогии.)

События [ править ]

Другим историческим источником алгебраической K-теории была работа Дж. Х. К. Уайтхеда и других над тем, что позже стало известно как кручение Уайтхеда .

Затем последовал период, когда появились различные частичные определения функторов высшей K-теории . Наконец, два полезных и эквивалентных определения были даны Дэниелом Квилленом с использованием теории гомотопий в 1969 и 1972 годах. Вариант был также дан Фридхельмом Вальдхаузеном для изучения алгебраической K-теории пространств, которая связана с изучением псевдоизотопий. . Многие современные исследования высшей K-теории связаны с алгебраической геометрией и изучением мотивационных когомологий .

Соответствующие конструкции с использованием вспомогательной квадратичной формы получили общее название L-теории . Это главный инструмент теории хирургии .

В теории струн классификация напряженности поля Рамона – Рамона и зарядов стабильных D-бран была впервые предложена в 1997 г. [5].

Примеры и свойства [ править ]

K 0 поля [ править ]

Самый простой пример группы Гротендика - группа Гротендика точки для поля . Поскольку векторное расслоение над этим пространством - это просто конечномерное векторное пространство, которое является свободным объектом в категории когерентных пучков, следовательно, проективным, моноид классов изоморфизма соответствует размерности векторного пространства. Легко показать, что группа Гротендика такова .

K 0 артиновой алгебры над полем [ править ]

Одно важное свойство группы Гротендика нётеровой схемы состоит в том, что она, следовательно, инвариантна относительно редукции . [6] Следовательно, группа Гротендика любой артиновой -алгебры представляет собой прямую сумму копий , по одной для каждой связной компоненты ее спектра. Например,

K 0 проективного пространства [ править ]

Одно из наиболее часто используемых вычислений группы Гротендика - это вычисление для проективного пространства над полем. Это связано с тем, что числа пересечения проективного объекта можно вычислить путем встраивания и использования формулы push pull . Это позволяет выполнять конкретные вычисления с элементами в без необходимости явно знать его структуру, поскольку [7]

Один из способов определения группы гротендика исходит из ее стратификации как

поскольку группа Гротендика когерентных пучков на аффинных пространствах изоморфна , а пересечение группы в общем случае

для .

K 0 проективного расслоения [ править ]

Другой важной формулой для группы Гротендика является формула проективного расслоения: [8] для векторного расслоения ранга r над нётеровой схемой группа Гротендика проективного расслоения является свободным -модулем ранга r с базисом . Эта формула позволяет вычислить группу Гротендика . Это позволяет вычислить поверхности или поверхности Хирцебруха. Кроме того, это можно использовать для вычисления группы Гротендика , наблюдая, что это проективное расслоение над полем .

K 0 особых пространств и пространств с изолированными факторособенностями [ править ]

Один из недавних методов вычисления группы пространств Гротендика с малыми особенностями основан на оценке разницы между и , которая исходит из того факта, что каждое векторное расслоение может быть эквивалентно описано как когерентный пучок. Это делается с использованием группы Гротендика категории сингулярности [9] [10] из производной некоммутативной алгебраической геометрии . Это дает длинную точную последовательность, начиная с

где более высокие члены взяты из высшей K-теории . Обратите внимание, что векторные расслоения на особом месте задаются векторными расслоениями на гладком множестве . Это позволяет вычислить группу Гротендика на весовых проективных пространствах, поскольку они обычно имеют изолированные фактор-особенности. В частности, если эти особенности имеют группы изотропии, то отображение

инъективно и коядро аннулируется для [10] стр. 3 .

K 0 гладкой проективной кривой [ править ]

Для гладкой проективной кривой группа Гротендика есть

для Пикара группы из . Это следует из спектральной последовательности Брауна-Герстена-Quillen [11] пг 72 из алгебраической K-теории . Для регулярной схемы конечного типа над полем существует сходящаяся спектральная последовательность

для множества точек коразмерности , имея в виду множество подсхем коразмерности , и поле алгебраических функций подсхемы. Эта спектральная последовательность обладает свойством [11] стр. 80

для кольца чау-чау , что по сути дает вычисление . Обратите внимание, что поскольку не имеет точек коразмерности , единственными нетривиальными частями спектральной последовательности являются , следовательно,

Затем фильтрацию Кониво можно использовать для определения желаемой явной прямой суммы, поскольку она дает точную последовательность

где левый член изоморфен, а правый член изоморфен . Так как у нас есть последовательность абелевых групп выше расщеплений, задающих изоморфизм. Заметим, что если - гладкая проективная кривая рода над , то

Более того, описанные выше методы, использующие производную категорию особенностей для изолированных особенностей, могут быть распространены на изолированные особенности Коэна-Маколея , давая методы вычисления группы Гротендика любой сингулярной алгебраической кривой. Это связано с тем, что редукция дает в общем гладкую кривую, а все особенности - Коэна-Маколея.

Приложения [ править ]

Виртуальные пакеты [ править ]

Одно из полезных приложений группы Гротендика - определение виртуальных векторных расслоений. Например, если у нас есть вложение гладких пространств, то существует короткая точная последовательность

где - конормальное расслоение in . Если у нас есть особое пространство, вложенное в гладкое пространство, мы определяем виртуальное конормальное расслоение как

Еще одно полезное приложение виртуальных расслоений - определение виртуального касательного расслоения пересечения пространств: пусть будут проективными подмногообразиями гладкого проективного многообразия. Тогда мы можем определить виртуальное касательное расслоение их пересечения как

Концевич использует эту конструкцию в одной из своих работ. [12]

Черн персонажи [ править ]

Классы Черна можно использовать для построения гомоморфизма колец из топологической K-теории пространства в (пополнение) его рациональных когомологий. Для линейного расслоения L характер Черна ch определяется формулой

В более общем смысле, если - прямая сумма линейных расслоений, с первыми классами Черна характер Черна определяется аддитивно

Характер Черна полезен отчасти потому, что он облегчает вычисление класса Черна тензорного произведения. Характер Черна используется в теореме Хирцебруха – Римана – Роха .

Эквивариантная K-теория [ править ]

Эквивариантная алгебраическая K-теория является алгебраической K-теории , связанные с категорией из эквивариантных когерентных пучков на алгебраическом схеме с действием линейной алгебраической группы , через Квиллена Q-конструкции ; таким образом, по определению,

В частности, это группа Гротендик из . Теория была разработана Р. В. Томасоном в 1980-х годах. [13] В частности, он доказал эквивариантные аналоги фундаментальных теорем, таких как теорема локализации.

См. Также [ править ]

  • Периодичность Ботта
  • КК-теория
  • КР-теория
  • Список теорий когомологий
  • Алгебраическая K-теория
  • Топологическая K-теория
  • Операторная K-теория
  • Теорема Гротендика – Римана – Роха.

Примечания [ править ]

  1. Перейти ↑ Atiyah, Michael (2000). «К-теория прошлого и настоящего». arXiv : math / 0012213 .
  2. ^ Парк, Эфтон. (2008). Комплексная топологическая K-теория . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-511-38869-9. OCLC  227161674 .
  3. ^ Гротендик. «SGA 6 - Формализм пересечений на алгебрах схем» .
  4. ^ Каруби, 2006
  5. ^ Рубеном Минасяном ( http://string.lpthe.jussieu.fr/members.pl?key=7 ) и Грегори Муром по K-теории и заряду Рамона – Рамона .
  6. ^ "Группа Гротендика для проективного пространства над двойственными числами" . mathoverflow.net . Проверено 16 апреля 2017 .
  7. ^ «Кт.к теории и гомологии - группа Гротендика для проективного пространства над двойственными числами» . MathOverflow . Проверено 20 октября 2020 .
  8. Манин, Юрий I (1 января 1969). «Лекции по K-функтору в алгебраической геометрии». Российские математические обзоры . 24 (5): 1–89. Bibcode : 1969RuMaS..24 .... 1M . DOI : 10,1070 / rm1969v024n05abeh001357 . ISSN 0036-0279 . 
  9. ^ «аг.алгебраическая геометрия - является ли алгебраическая группа Гротендика весового проективного пространства конечно порожденной?» . MathOverflow . Проверено 20 октября 2020 .
  10. ^ a b Павич, Небойша; Шиндер, Евгений (2019-03-25). "K-теория и категория сингулярностей факторособенностей". arXiv : 1809.10919 [ math.AG ].
  11. ^ a b Шринивас, В. (1991). Алгебраическая K-теория . Бостон: Биркхойзер. ISBN 978-1-4899-6735-0. OCLC  624583210 .
  12. Концевич, Максим (1995), «Перечисление рациональных кривых через действия тора», Пространство модулей кривых (Остров Тексель, 1994) , Progress in Mathematics, 129 , Бостон, Массачусетс: Birkhäuser Boston, стр. 335–368, arXiv : hep-th / 9405035 , MR 1363062 
  13. ^ Чарльз А. Вейбель, Роберт В. Томасон (1952–1995) .

Ссылки [ править ]

  • Атья, Майкл Фрэнсис (1989). К-теория . Advanced Book Classics (2-е изд.). Эддисон-Уэсли . ISBN 978-0-201-09394-0. Руководство по ремонту  1043170 .
  • Фридлендер, Эрик; Грейсон, Дэниел, ред. (2005). Справочник по K-теории . Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag . DOI : 10.1007 / 978-3-540-27855-9 . ISBN 978-3-540-30436-4. Руководство по ремонту  2182598 .
  • Парк, Efton (2008). Комплексная топологическая K-теория . Кембриджские исследования в области высшей математики. 111 . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-85634-8.
  • Лебедь, Р.Г. (1968). Алгебраическая K-теория . Конспект лекций по математике. 76 . Springer . ISBN 3-540-04245-8.
  • Каруби, Макс (1978). K-теория: введение . Классика по математике. Springer-Verlag. DOI : 10.1007 / 978-3-540-79890-3 . ISBN 0-387-08090-2.
  • Каруби, Макс (2006). «К-теория. Элементарное введение». arXiv : math / 0602082 .
  • Хэтчер, Аллен (2003). "Векторные расслоения и K-теория" .
  • Вейбель, Чарльз (2013). K-книга: введение в алгебраическую K-теорию . Град. Исследования по математике. 145 . Американское математическое общество. ISBN 978-0-8218-9132-2.

Внешние ссылки [ править ]

  • Гротендик-Риман-Рох
  • Страница Макса Каруби
  • Архив препринтов к-теории