标架丛

✍ dations ◷ 2025-08-27 10:25:07 #纤维丛,向量丛

数学中,标架丛(Frame bundle)是一个与任何向量丛 相伴的主丛。F() 在一点 的纤维是 的所有有序基或曰标架。一般线性群通过基变更自然作用在 F() 上,给出标架丛一个主 GL(R)-丛结构,这里 是 的秩。

一个光滑流形的标架丛是与其切丛相伴的丛。因此它有经常称为切标架丛(tangent frame bundle)。

设 → 是拓扑空间 上一个 阶实向量丛。在点 ∈ 的一个标架是向量空间 的一个有序基。等价地,一个标架可以视为线性同构

在 的所有标架集合,记作 ,所有可逆 × 矩阵组成的一般线性群 GL(R) 在它上面有一个自然右作用:一个群元素 ∈ GL(R) 通过复合作用在 的标架上给出一个新标架

GL(R) 在 上这个作用是自由传递的(这是标准线性代数结论:存在惟一可逆线性变换将一个基变为另一个)。作为一个拓扑空间 同胚于 GL(R),但它没有群结构,因为没有“优先的标架”。空间 称为一个 GL(R)-torsor。

的标架丛,记作 F() 或 FGL(),是所有 的不交并:

F() 中每个点是一个二元组 (, ),其中 是 中一点而 是 处一个标架。存在自然投影  : F() → 将 (, ) 送到 。群 GL(R) 如上右作用在 F() 上。这个作用显然是自由的且轨道恰是 的纤维。

标架丛 F() 可给一个自然的拓扑,其丛结构由 确定。设 (, ) 是 的一个局部平凡化。则对每个 ∈ 有一个线性同构 , : → R。这个数据决定了一个双射

由下式给出

有了这个双射后,每个 −1() 可赋予 × GL(R) 的拓扑。则 F() 上的拓扑是由包含映射 −1() → F() 余诱导的最终拓扑。

有了上面所有数据后,标架丛 F() 成为 上一个结构群为 GL(R) 的主纤维丛,具有局部平凡化 ({}, {}),可以验证 F() 的转移函数与 的相同。

上面所有工作对光滑范畴也成立:如果 是光滑流形 上一个光滑向量丛,则 的标架丛可赋予 上光滑主丛结构。

向量丛 与它的标架丛 F() 是相伴丛。每一个决定了另一个。标架丛 F() 可如上由 构造出来,或更抽象地利用纤维丛构造定理(fiber bundle construction theorem)。在后一个方法中,F() 与 有同样底、平凡化邻域以及转移函数,但有抽象纤维 GL(R),这里结构群 GL(R) 作用在纤维 GL(R) 上是左乘。

给定一个线性表示  : GL(R) → ,有一个向量丛相伴与 F()

它由乘积 F() × 模去等价关系 (,) ~ (,()),对所有 属于 GL(R),给出。记等价类为 。

向量丛 自然同构于丛 F() × R,这里 是 GL(R) 在 R 上的基本表示。同构由

给出,这里 是 R 中一个向量而  : R → 是 处一个标架。容易验证这个映射是良定义的。

任何相伴与 的向量丛可由如上构造给出。例如, 的对偶丛由 F() ×* (R)* 给出,这里 * 是基本表示的对偶。 的张量丛可类似地构造。

一个光滑流形 的切标架丛(或简称标架丛)是与 的切丛相伴的标架丛。 的标架丛通常记作 F 或 GL() 而不是 F()。如果 是 -维的则切丛的秩为 ,所以 的标架丛是 上一个主 GL(R) 丛。

的标架丛的局部截面称为 上的光滑标架。主丛横截定理说 中任何有光滑标架的开集 上标架丛是平凡的。给定一个光滑标架  : → F,平凡化  : F → × GL(R) 由

给出,这里 是 处一个标架。从而一个流形是可平行化的当且仅当 的标架丛有一个整体截面。

因为 的切丛在 的任何坐标邻域是可平凡化的,故标架丛也是。事实上,给定任何坐标邻域 带有坐标 (1,…,),坐标向量场

定义了 上一个光滑标架。在标架丛上工作的一个好处是它们允许我们处理标架而不是坐标架;我们可选取对手中问题合适的标架。这有时称为活动标架法。

流形 的标架丛是一类特殊的主丛,它的几何本质上系于 的几何。这种关系可用 F 上一个称之为焊接形式(或称基本或重言 1-形式)向量值 1-形式表示。设 是流形 上一点, 是 处一个标架,故

是 R 与 在 处切丛的一个线性同构。F 的焊接形式是一个 R-值 1-形式 ,定义为

这里 与 F 相切于 (,),-1:T → R 是标架映射的逆,d 是投影映射 : F → 的微分。焊接形式是水平的,它在与 的纤维相切的向量上为零,以及右等变,即

这里 是由 ∈ GL(R) 的左平移。F 上这样性质的形式称为基本或张量性形式。这样的形式与 -值 1-形式一一对应,从而与 上光滑丛映射 → 一一对应。这样看来, 恰好是 上恒等映射。

如果向量丛 配有一个黎曼丛度量,则每个纤维 不仅是一个向量空间而且是一个内积空间。这样便可以讨论 的所有标准正交标架集合。 的一个标准正交标架是 的一个有序标准正交基,或等价地,一个等距线性同构

这里 R 配有标准欧几里得度量。正交群 O() 通过右复合自由传递作用在所有标准正交标架上。换句话说,所有标准正交标架集合是一个右 O()-torsor。

的标准正交标架丛,记作 FO(),是在底空间 上每一点 处的所有标准正交标架集合。它可用完全类似于通常标架丛的方法构造出来。秩 的黎曼向量丛 → 的标准正交标架是 上一个主 O()-丛。同样,此构造在光滑范畴一样成立。

如果向量丛 可定向,则我们可定义 的定向标准正交标架丛,记作 FSO(),是所有正定向标准正交标架丛,这是一个主 SO()-丛。

如果 是一个 -维黎曼流形,则 的标准正交标架丛,记作 FO 或 O(),是与 的切丛(由定义它配有一个黎曼度量)相伴的标准正交标架丛。如果 可定向,则也有定向标准正交标架丛 FSO

给定一个黎曼向量丛 ,标准正交标架丛是一般线性标架丛的 O()-子丛。换句话说,包含映射

是一个主丛映射。我们说 FO() 是 FGL() 的结构群从 GL(R) 到 O() 的约化。

如果光滑流形 有额外的结构,通常自然地考虑 全标架丛的一个适应于给定结构的子丛。例如,如果 是一个黎曼流形,我们从上面看到自然地去考虑 的标准正交标架丛。标准正交标架丛只不过是 FGL() 的结构群到正交群 O() 的约化。

一般地,如果 是一个光滑 -流形, 是 GL(R) 的一个子李群,我们定义 上一个 G-结构为 FGL() 结构群到 的一个约化。具体地说,这是 上一个主 -丛 F(),以及 上一个 -等变丛映射

在这种语言中, 上一个黎曼度量给出 上一个 O()-结构。下面是其它一些例子。

在某些例子中, 上一个 -结构惟一确定了 上对应的结构。例如 上一个 SL(R)-结构确定了 上一个体积形式。但是,在某些情形,比如辛与复流形,需要一个可积性条件。 上一个 Sp2(R)-结构惟一确定了 上一个非退化 2-形式,但对 是辛的,这个 2-形式必须也是闭的。

相关

  • 黄曲毒素黄曲毒素(aflatoxin),也称作黄曲霉素,黄曲霉毒素,是一种有强烈生物毒性的化合物,常由黄曲霉及寄生曲霉等另外几种霉菌在霉变的谷物中产生,如大米、豆类、花生等,是目前为止最强的致
  • 内阁议长:南希·裴洛西(民主党) 多数党领袖(英语:Party leaders of the United States House of Representatives):斯坦利·霍耶(民主党) 少数党领袖(英语:Party leaders of the United Sta
  • 驻外代表机构德国驻外机构列表列出德意志联邦共和国在世界各地设置的外交代表机构,由大使馆(Botschaft)、总领事馆(Generalkonsulate)、领事馆(Konsulate)和常驻代表处(Ständige Vertretung)组成
  • 固特异固特异轮胎与橡胶公司(英语:The Goodyear Tire & Rubber Company)是一家总部位于美国俄亥俄州阿克伦的跨国轮胎与橡胶制品公司。该公司由弗兰克·希柏林(Frank Seiberling)创立于
  • 何曼德何曼德(英语:Monto Ho,1927年3月28日-2013年12月9日),生于中华民国四川省重庆市,籍贯中国湖南,拥有中华民国与美国双国籍,生物学者,专长为为微生物学、病毒学、感染症及抗生素抗药性,为
  • 大卫·佛利民 (外交官)大卫·佛利民(David Melech Friedman)(1958年8月8日-)是一名美国破产律师、现任美国驻以色列大使。他在1994年加入了Kasowitz, Benson, Torres & Friedman律师行(当年名为Kasowit
  • 猪水疱疹病毒 猪水疱疹病毒(Vesicular exanthema of swine virus,VESV)是感染猪的一种病毒,猪感染后症状与口蹄疫及猪水疱病相似.与口蹄疫病毒不同,猪水疱疹病毒只感染猪。猪水疱疹病毒不会
  • 帕普斯面积定理帕普斯面积定理(英语:Pappus's area theorem)描述为连接任意三角形三边形成三个平行四边形区域之间的关系。该定理也可以被认为是毕氏定理的推广,以发现者希腊数学家帕普斯命名
  • 亚克系统亚克系统股份有限公司(日语:株式会社アークシステムワークス,英语:Arc System Works Co.,Ltd.)是一家总部位于日本神奈川县横滨市的电子游戏制作公司,主营游戏机游戏和街机游戏的
  • 布朗眼中的棒球赛《布朗眼中的棒球赛》(英语:)又名《琼斯眼中的棒球赛》(),是1907年鲁宾制造公司制作并发行的美国无声喜剧短片。影片讲述棒球爱好者布朗先生在观看棒球赛前喝下大量酒类,导致酒精中