(G, X) -многообразие - (G,X)-manifold

В геометрия, если Икс является многообразием с действием топологическая группа грамм аналитическими диффеоморфизмами понятие (грамм, Икс)-структура на топологическое пространство способ формализовать его локально изоморфный Икс с этими грамм-инвариантная структура; пробелы с (грамм, Икс) -конструкции всегда коллекторы и называются (грамм, Икс) -многообразия. Это понятие часто используется с грамм быть Группа Ли и Икс а однородное пространство за грамм. Основополагающие примеры: гиперболические многообразия и аффинные многообразия.

Определение и примеры

Формальное определение

Позволять ${\displaystyle X}$ быть связаны дифференциальный коллектор и ${\displaystyle G}$ - подгруппа группы диффеоморфизмы из ${\displaystyle X}$ которые действуют аналитически в следующем смысле:

если ${\displaystyle g_{1},g_{2}\in G}$ и есть непустое открытое подмножество ${\displaystyle U\subset X}$ такой, что ${\displaystyle g_{1},g_{2}}$ равны при ограничении ${\displaystyle U}$ тогда ${\displaystyle g_{1}=g_{2}}$

(это определение вдохновлено свойством аналитического продолжения аналитических диффеоморфизмов на аналитическое многообразие ).

А ${\displaystyle (G,X)}$-структура на топологическом пространстве ${\displaystyle M}$ это многообразие структура на ${\displaystyle M}$ чей атлас 'диаграммы имеют значения в ${\displaystyle X}$ и карты переходов принадлежать ${\displaystyle G}$. Это означает, что существует:

• покрытие ${\displaystyle M}$ открытыми наборами ${\displaystyle U_{i},i\in I}$ (т.е. ${\displaystyle M=\bigcup _{i\in I}U_{i}}$);
• открыто вложения ${\displaystyle \varphi _{i}:U_{i}\to X}$ называется диаграммами;

так что каждая карта перехода ${\displaystyle \varphi _{i}\circ \varphi _{j}^{-1}:\varphi _{j}(U_{i}\cap U_{j})\to \varphi _{i}(U_{i}\cap U_{j})}$ - ограничение диффеоморфизма в ${\displaystyle G}$.

Две такие конструкции ${\displaystyle (U_{i},\varphi _{i}),(V_{j},\psi _{j})}$ эквивалентны, когда они содержатся в максимальном, эквивалентны, когда их объединение также является ${\displaystyle (G,X)}$ структура (т.е. карты ${\displaystyle \varphi _{i}\circ \psi _{j}^{-1}}$ и ${\displaystyle \psi _{j}\circ \varphi _{i}^{-1}}$ являются сужениями диффеоморфизмов в ${\displaystyle G}$).

Римановы примеры

Если ${\displaystyle G}$ это Группа Ли и ${\displaystyle X}$ а Риманово многообразие с верное действие из ${\displaystyle G}$ к изометрии тогда действие аналитическое. Обычно берется ${\displaystyle G}$ быть полной группой изометрий ${\displaystyle X}$. Тогда категория ${\displaystyle (G,X)}$ многообразий эквивалентна категории римановых многообразий, локально изометричных ${\displaystyle X}$ (т.е. каждая точка имеет окрестность, изометричную открытому подмножеству ${\displaystyle X}$).

Часто примеры ${\displaystyle X}$ находятся однородный под ${\displaystyle G}$, например, можно взять ${\displaystyle X=G}$ с левоинвариантной метрикой. Особенно простой пример: ${\displaystyle X=\mathbb {R} ^{n}}$ и ${\displaystyle G}$ группа евклидовы изометрии. Затем ${\displaystyle (G,X)}$ многообразие - это просто плоский коллектор.

Особенно интересный пример - когда ${\displaystyle X}$ риманов симметричное пространство, Например гиперболическое пространство. Самый простой такой пример - это гиперболическая плоскость, группа изометрий которого изоморфна ${\displaystyle G=\mathrm {PGL} _{2}(\mathbb {R} )}$.

Псевдоримановы примеры

Когда ${\displaystyle X}$ является Пространство Минковского и ${\displaystyle G}$ то Группа Лоренца понятие ${\displaystyle (G,X)}$-конструкция такая же, как у квартиры Лоренцево многообразие.

Другие примеры

Когда ${\displaystyle X}$ аффинное пространство и ${\displaystyle G}$ группу аффинных преобразований, то получается понятие аффинное многообразие.

Когда ${\displaystyle X=\mathbb {P} ^{n}(\mathbb {R} )}$ n-мерное действительное проективное пространство и ${\displaystyle G=\mathrm {PGL} _{n+1}(\mathbb {R} )}$ возникает понятие проективной структуры.^[1]

Разработка карты и комплектность

Разработка карты

Позволять ${\displaystyle M}$ быть ${\displaystyle (G,X)}$-многообразие связное (как топологическое пространство). Развивающаяся карта - это карта из универсальный чехол ${\displaystyle {\tilde {M}}}$ к ${\displaystyle X}$ которая четко определена с точностью до композиции элементом ${\displaystyle G}$.

Развивающаяся карта определяется следующим образом:^[2] исправить ${\displaystyle p\in {\tilde {M}}}$ и разреши ${\displaystyle q\in {\tilde {M}}}$ быть любой другой точкой, ${\displaystyle \gamma }$ путь от ${\displaystyle p}$ к ${\displaystyle q}$, и ${\displaystyle \varphi :U\to X}$ (куда ${\displaystyle U}$ достаточно маленький район ${\displaystyle p}$) карту, полученную путем составления карты ${\displaystyle M}$ с проекцией ${\displaystyle {\tilde {M}}\to M}$. Мы можем использовать аналитическое продолжение ${\displaystyle \gamma }$ расширить ${\displaystyle \varphi }$ так что его домен включает ${\displaystyle q}$. С ${\displaystyle {\tilde {M}}}$ является односвязный значение ${\displaystyle \varphi (q)}$ полученное таким образом не зависит от первоначального выбора ${\displaystyle \gamma }$, и мы называем (точно определенное) отображение ${\displaystyle \varphi :{\tilde {M}}\to X}$ а разработка карты для ${\displaystyle (G,X)}$-структура. Это зависит от выбора базовой точки и карты, но только до композиции по элементу ${\displaystyle G}$.

Монодромия

Учитывая развивающуюся карту ${\displaystyle \varphi }$, то монодромия или же голономия^[3] из ${\displaystyle (G,X)}$-структура - уникальный морфизм ${\displaystyle h:\pi _{1}(M)\to G}$ что удовлетворяет

${\displaystyle \forall \gamma \in \pi _{1}(M),p\in {\tilde {M}}:\varphi (\gamma \cdot p)=h(\gamma )\cdot \varphi (p)}$.

Это зависит от выбора развивающейся карты, но только до внутренний автоморфизм из ${\displaystyle G}$.

Полный (грамм,Икс) -структуры

А ${\displaystyle (G,X)}$ структура называется полный если у него есть развивающаяся карта, которая также является карта покрытия (это не зависит от выбора развивающейся карты, поскольку они отличаются диффеоморфизмом). Например, если ${\displaystyle X}$ односвязно структура является полной тогда и только тогда, когда развивающееся отображение является диффеоморфизмом.

Примеры

Риманова (грамм,Икс) -структуры

Если ${\displaystyle X}$ является римановым многообразием и ${\displaystyle G}$ его полная группа изометрии, то ${\displaystyle (G,X)}$-структура является полной тогда и только тогда, когда базовое риманово многообразие геодезически полный (эквивалентно метрически полной). В частности, в этом случае, если базовое пространство ${\displaystyle (G,X)}$-многообразие компактно, то последнее автоматически полно.

В случае, когда ${\displaystyle X}$ - гиперболическая плоскость, развивающаяся карта - это та же карта, что и Теорема униформизации.

Другие случаи

В общем случае компактность пространства не означает полноты ${\displaystyle (G,X)}$-структура. Например, аффинная структура на торе является полной тогда и только тогда, когда отображение монодромии имеет свой образ внутри переводы. Но есть много аффинных торов, которые не удовлетворяют этому условию, например, любой четырехугольник, противоположные стороны которого склеены аффинным отображением, дает аффинную структуру на торе, которая является полной тогда и только тогда, когда четырехугольник является параллелограммом.

Интересные примеры полных некомпактных аффинных многообразий дают пространства-времени Маргулиса.

(грамм,Икс) -конструкции как связи

Основная статья: Связь Эресманна

В работе Чарльз Эресманн ${\displaystyle (G,X)}$-структуры на многообразии ${\displaystyle M}$ рассматриваются как плоские Связи Ehresmann на пучки волокон с волокном ${\displaystyle X}$ над ${\displaystyle M}$, чей монодромия карты лежат в ${\displaystyle G}$.

Примечания

1. Дюма, Дэвид (2009). «Сложные проективные структуры». В Пападопулосе, Афанасе (ред.). Справочник по теории Тейхмюллера, Том II. Европейский MAth. соц.
2. Терстон 1997, Глава 3.4.
3. Терстон 1997, п. 141.

Рекомендации

• Терстон, Уильям (1997). Трехмерная геометрия и топология. Vol. 1. Издательство Принстонского университета.