KOHOMOLOGI AV KNUTEROM, ETTER VASSILIEV. John Rognes

Like dokumenter
VASSILIEVS SPEKTRALFØLGE. John Rognes. 15. oktober 1994

TOPOLOGISK K-TEORI OG BOTT PERIODISITET. John Rognes. 8. mai 2003

Eliminasjon av ubetsemthet

Om forholdet mellom produkt og barysentrisk oppdeling av simplisialkomplekser

Geometri på ikke-kommutative algebraer

(a) R n defineres som mengden av kolonnevektorer. a 1 a 2. a n. (b) R n defineres som mengden av radvektorer

Populærvitenskapelig kilde: Robin Wilson, Four Colours Suffice/How the Map Problem was Solved, Penguin Books 2003, ISBN X.

5.8 Iterative estimater på egenverdier

Geometri i ekstensjonsrom til vektorbunter på kurver.

4.4 Koordinatsystemer

Stanley-Reisner ringer med sykliske gruppevirkninger

Plangeometri Romgeometri Høyere dimensjoner. Vinkler. Arne B. Sletsjøe. Universitetet i Oslo. Faglig-pedagogisk dag, 1.

9 Lineærtransformasjoner TMA4110 høsten 2018

Utvidet løsningsforslag til Eksamen vår 2010

4.1 Vektorrom og underrom

4.1 Vektorrom og underrom

Kap. 6 Ortogonalitet og minste kvadrater

Oppgave 14 til 9. desember: I polynomiringen K[x, y] i de to variable x og y over kroppen K definerer vi undermengdene:

KJERNEREGELEN I FUNKTORKALKULUS. John R. Klein og John Rognes

Løsninger for eksamen i MAT Lineær algebra og M102 - Lineær algebra, fredag 28. mai 2004, Oppgave 1. M s = = 1 2 (cofm 2) T.

MAT1120 Notat 2 Tillegg til avsnitt 5.4

Lineær uavhengighet og basis

Notat om kardinalitet for MAT1140 (litt uferdig)

4-torsjonspunkter på elliptiske romkurver

NORMALFORDELINGER, KOVARIANSMATRISER OG ELLIPSOIDER

MAT1120 Notat 2 Tillegg til avsnitt 5.4

Vektorrom. Kapittel 7. Hva kan vi gjøre med vektorer?

Lineær algebra. 0.1 Vektorrom

Lineærtransformasjoner

Egenverdier og egenvektorer

Grublegruppe 19. sept. 2011: Algebra I

JEAN-PIERRE SERRE : ALGEBRAISK TOPOLOGI. John Rognes. 25. april 2003

Forberedelse Kompletthet Kompakthet INF3170 / INF4171. Predikatlogikk: kompletthet, kompakthet. Andreas Nakkerud. 8.

Diagonalisering. Kapittel 10

8 Vektorrom TMA4110 høsten 2018

Oppgaver MAT2500 høst 2011

Sensitivitet og kondisjonering

4.1 Vektorrom og underrom

MAUMAT644 ALGEBRA vår 2016 Første samling Runar Ile

MAT1120 Notat 1 Tillegg til avsnitt 4.4

UNIVERSITET I BERGEN

MAT1140: Kort sammendrag av grafteorien

4.1 Vektorrom og underrom

6.4 Gram-Schmidt prosessen

MAT Onsdag 7. april Lineær uavhengighet (forts. 1.8 Underrom av R n, nullrom, basis MAT Våren UiO. 7.

7.4 Singulærverdi dekomposisjonen

Eksamensoppgave i TMA4150 Algebra

x 1 x 2 x = x n b 1 b 2 b = b m Det kan være vanskelig (beregningsmessig) og bearbeide utrykk som inneholder

Innlevering i FORK Matematikk forkurs OsloMet Obligatorisk innlevering 3 Innleveringsfrist Onsdag 14.november 2018 kl. 10:30 Antall oppgaver: 13

Dihedral homologi på skjemaer og étale descent

MAT1120 Notat 1 Tillegg til avsnitt 4.4

7 Egenverdier og egenvektorer TMA4110 høsten 2018

Matematisk studentkollokvium. En liten smakebit av Algebraisk geometri og Rasjonale cuspidale plane kurver. Torgunn Karoline Moe. 12.

Følger og rekker. Department of Mathematical Sciences, NTNU, Norway. November 10, 2014

4.4 Koordinatsystemer

HJEMMEOPPGAVER (utgave av ):

En følge i en lukket delmengde av R^m kan altså ikke konvergere mot en vektor utenfor den lukkede delmengden.

Holomorfe symplektiske avbildninger, former og mangfoldigheter. Darboux teorem.

OPPGAVER FOR FORUM

12 Projeksjon TMA4110 høsten 2018

Basis, koordinatsystem og dimensjon

Zorns lemma og utvalgsaksiomet

Lineær algebra-oppsummering

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

Karakterer. Kapittel Homomorfier av grupper. 8.2 Representasjoner

Løsningsforslag øving 6

TMA4110 Eksamen høsten 2018 EKSEMPEL 1 Løsning Side 1 av 8. Løsningsforslag. Vi setter opp totalmatrisen og gausseliminerer: x 1 7x 4 = 0

5.5 Komplekse egenverdier

Litt topologi. Harald Hanche-Olsen

UNIVERSITY OF OSLO. Faculty of Mathematics and Natural Sciences. Matlab-utskrift (1 side).

MAT1140: Kort sammendrag av grafteorien

SIGNERT DOMINASJON OG RETTEDE MATROIDESYSTEMER

Deformasjon av Stanley-Reisner skjemaer til K3-flater i rasjonale normale skruer

4.2 Nullrom, kolonnerom og lineære transformasjoner

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MNF130 VÅREN 2010 OPPGAVE 1

MAT 1110: Bruk av redusert trappeform

Forelesning 23. Grafteori. Dag Normann april Oppsummering. Oppsummering. Oppsummering. Digresjon: Firefarveproblemet

Forslag til løsninger, TMA4150 Algebra, 29. mai 2018 Side 1 av 5

Dette krever ikke noe nytt aksiom. Hvorfor? Og hvorfor må vi anta at A ikke er tom? Merk at vi har:

MAT1030 Diskret matematikk

Oppsummering. MAT1030 Diskret matematikk. Oppsummering. Oppsummering. Forelesning 23: Grafteori

Egenverdier for 2 2 matriser

Geometri i rommet. Kapittel Vektorer i R 3. Lengden av v er gitt ved

Generelle teoremer og definisjoner MA1201 Lineær Algebra og Geometri - NTNU

OBLIG 2 - MAT 1120 Høsten 2005

Til enhver m n matrise A kan vi knytte et tall, rangen til A, som gir viktig informasjon.

Dagens plan. INF4170 Logikk. Modelleksistens for grunn LK repetisjon. Kompletthet av fri-variabel LK. Teorem (Kompletthet) Lemma (Modelleksistens)

Normal oppdeling og produkt av endelige simplisielle mengder

Emne 7. Vektorrom (Del 1)

Vi definerer en mengde ved å fortelle hva den inneholder. Vi kan definere den på listeform eller ved hjelp av en utsagnsfunksjon.

6.4 (og 6.7) Gram-Schmidt prosessen

Linjegeometri. Kristian Ranestad. 3. Januar 2006

Merk: kopieringen av hovedformelen i γ-reglene medfører at bevissøk i førsteordens logikk ikke nødvendigvis behøver å terminere!

Karakteriseringen av like mengder. Mengder definert ved en egenskap.

Eksamen i TMA4190 Mangfoldigheter fredag 30 mai, 2014

Repetisjon og mer motivasjon. MAT1030 Diskret matematikk. Repetisjon og mer motivasjon

Oppgaver i kommutativ algebra

UNIVERSITETET I BERGEN

Transkript:

KOHOMOLOGI AV KNUTEROM, ETTER VASSILIEV John Rognes Vi studerer rommet av knuter i R 3. En knuteinvariant er en klasse i H 0 av dette rommet. Rom av knuter. Vi arbeider med parametriserte knuter, med asymptotisk fastlagt oppførsel nær uendelig, oppfattet som parametriserte kurver uten selvskjæringer eller singulære punkter. La en normal avbildning θ : R 1 R 3 være en glatt funksjon hvis graf nærmer seg linjen L = {(x,x,x)} asymptotisk nær uendelig (θ skal ha en glatt utvidelse S 1 S 3 med en fast gitt tangent i basispunktet i S 1 ). La K være det affine rommet av slike funksjoner. La Σ K være underrommet av funksjoner med selvskjæringer (det finnes s t med θ(s) = θ(t)) eller singulære punkter (θ (t) = 0). Dette underromet kalles diskriminantmengden. Komplementet K Σ er rommet av (normale) knuter. En endelig approksimasjon. Vi approksimerer K og rommet av knuter med en voksende følge av endeligdimensjonale underrom. Se på polynomer P : R 1 R 1 på formen P(t) = t(t d +a 1 t d 1 + +a d ) for et partall d. La Γ d være rommet av avbildninger R 1 R 3 på formen t (P 1 (t),p (t),p 3 (t)), hvorallep i ersomovenfor. Daer Γ d etaffint(3d)-dimensjonalt underrom av K. Generelt står Γ d ikke i generell posisjon til diskriminanten. Vi imbedder Γ d i et større, men fortsatt endeligdimensjonalt rom av polynomielle avbildninger Γ 3d+, ved substitusjonen t = s 3 +s. Da kan vi finne en vilkårlig liten perturbasjon i Γ 3d+ av Γ d, til et underrom Γ d som står transversalt på Σ. Dette er vår (3d)-dimensjonale approksimasjon til rommet av normale avbildninger, og Γ d Σ er et åpent tett underrom som approksimerer knuterommet. Ved Weierstrass approksimasjonssats er enhver normal knute ekvivalent (ambient isotop) med en knute i Γ d når d er tilstrekkelig stor, og enhver singulær kjede i knuterommet er homolog med en kjede i Γ d Σ for d tilstrekkelig stor. Så for å studere (den svake) homotopitypen til knuterommet K Σ er det tilstrekkelig å se på de normale knutene i Γ d for d voksende mot uendelig. Typeset by AMS-TEX 1

JOHN ROGNES Fra Aleksanderdualitet er i denne situasjonen H i (Γ d Σ) = H 3d 1 i (Σ Γ d ), hvor H betegnerredusertkohomologi,og H stårforlukkethomologi,dvs.redusert homologi av ettpunktskompaktifiseringen. Så vi ønsker å beregne H (Σ Γ d ). Konfigurasjoner av selvskjæringer og singulariteter. Vi stratifiserer diskriminantmengden Σ Γ d over de ulike klassene av selvskjæringer og singulariteter som forekommer. La A = (a 1 a a l ), a l være en følge av hele tall. La l(a) = l være lengden av følgen, og w(a) = l være dens vekt (weight). Siden alle a i er w(a) l(a). En A-konfigurasjon er en mengde av w(a) forskjellige punkter i R, delt inn i l(a) disjunkte uordnede delmengder U 1,U,...,U l med henholdsvis a 1,...,a l punkter i hver. La b være et helt tall, b 0. En b-konfigurasjon er en mengde av b forskjellige uordnede punkter v 1,...,v b i R. En (A,b)-konfigurasjon J er en A-konfigurasjon {U 1,...,U l } og en b-konfigurasjon {v 1,...,v b }. Punktene i A-konfigurasjonen behøver ikke være disjunkte fra punktene i b-konfigurasjonen. Vi sier at en normal avbildning θ : R 1 R 3 respekterer en (A,b)-konfigurasjon J som ovenfor hvis (i) for hver i har billedet θ(u i ) kardinalitet én, og (ii) for hver j er θ (v j ) = 0. θ skal altså ha selvskjæringer som identifiserer hver av de l punktmengdene U 1,...,U l, og ha singulære punkter i hver av de b punktene v 1,...,v b. To (A,b)-konfigurasjoner J og J er ekvivalente hvis de kan avbildes til hverandre ved en orienteringsbevarende diffeomorfi av R. Rommet av (A, b)-konfigurasjoner ekvivalent med en gitt konfigurasjon J er en åpen celle med dimensjon r(j) (rank) lik antall geometrisk ulike punkter i konfigurasjonen. Vi har r(j) w(a)+b. Rommet av normale avbildninger som respekterer en gitt (A, b)-konfigurasjon J har kodimensjon 3f(J) = 3(w(A) l(a)+b) i rommet av normale avbildninger K. Vi kaller f(j) = w(a) l(a)+b filtrasjonen til konfigurasjonen. For en jevn d og en (A,b)-konfigurasjon J la χ(γ d,j) være rommet av (polynomielle normale) avbildninger i Γ d som respekterer J. Lemma.1.. La d være et partall, og J en (A,b)-konfigurasjon. For nesten alle valg av rom Γ d holder følgende utsagn: (i) For nesten alle (A,b)-konfigurasjoner J ekvivalent med J er χ(γ d,j ) et affint underrom av Γ d med kodimensjon 3f(J). Spesielt er det tomt hvis f(j) > d. (ii) Anta f(j) d. Hvis f(j) (3d+1)/5 er kodimensjonen av χ(γ d,j ) i Γ d lik 3f(J) for alle J ekvivalent med J. (Må komme tilbake til dette.)) (iii) Anta f(j) < d. Rommet av J ekvivalent med J slik at χ(γ d,j ) har kodimensjon 3(f(J) d), og er tomt hvis f(j) > 3d. ((Hvorfor ikke d?)) Vassiliev viser dette ved å innse at de underrommmene Γ d som ikke oppfyller egenskapene i lemmaet danner et semialgebraisk underrom med positiv kodimensjon i rommet av (3d)-dimensjonale affine underrom i Γ 3d+. Heretter antar vi at Γ d er valgt slik at egenskapene i lemmaet er oppfyllt.

KOHOMOLOGI AV KNUTEROM, ETTER VASSILIEV 3 Kanter i grafer. Vi beskriver kombinatoriske data som genererer (A, b)-konfigurasjoner. La Ψ = R R/(t,t ) (t,t) være rommet av uordnede par av punkter i R. Vi identifiserer R med diagonalen = {(v,v)} i Ψ. Gitt en samling forskjellige punkter {(t 0,t 0),...,(t q,t q)} i Ψ kan vi danne en minimal A-konfigurasjon {U 1,...,U l } slik at t i og t i ligger i en felles komponent U j R, j = j(i), for alle i. Vi kan tenke på punktene {t 0,...,t q,t 0,...,t q} i R som hjørner i en abstrakt graf, med en kant mellom t i og t i for alle i. Da er komponentene {U 1,...,U l } i A-konfigurasjonen lik hjørnene i de forskjellige veisammenhengskomponentene til grafen. Vi har ulikhetene w(a) l(a) = (a i 1) q +1 ( ) ai ( w(a) Gitt en samling forskjellige punkter {v 1,...,v b } i R, som vi kan identifisere med Ψ, bestemmer de en b-konfigurasjon bestående av de samme punktene. Vi kan tenke på punktene {v 1,...,v b } som avmerket på R. La J være (A,b)- konfigurasjonen ({U 1,...,U l },{v 1,...,v b }). En normal avbildning θ respekterer J hvis og bare hvis (i) θ(t i ) = θ(t i ) for alle i, og (ii) θ (v j ) = 0 for alle j. Vi sier at en slik endelig samling punkter ({(t 0,t 0),...,(t q,t q)},{v 1,...,v b }) i Ψ genererer den tilhørende (A, b)-konfigurasjonen J. To samlinger punkter er ekvivalente hvis de kan avbildes til hverandre med en diffeomorfi av R. Ekvivalente samlinger genererer ekvivalente (A, b)-konfigurasjoner. Fiksér d, Γ d og en (A,b)-konfigurasjon J, og anta det finnes en normal avbildning θ iχ(γ d,j). Såχ(Γ d,j) ogfralemma.1.(iii)erw(a) l(a)+b = f(j) 3d. Siden l(a) w(a) l(a) vil l(a) 3d, b 3d og w(a) 3d+l(A) 6d. En samling punkter som ovenfor som genererer J vil da oppfylle q +1 ( ) ai ( ) w(a) ( ) 6d og b 3d, så antall punkter i samlingen er opptil begrenset av ( 6d ) +3d. Lemma.3.. Hvis N er tilstrekkelig stor finnes det en polynomiell avbildning λ : R R R N som faktoriserer gjennom Ψ, slik at billedene av ( ( 6d ) + 3d) vilkårlige forskjellige punkter i Ψ ligger i generell posisjon i R N, dvs. er affint uavhengige. Resolusjon av diskriminanten. Fiksér en jevn grad d, et rom av normale avbildninger Γ d og en polynomiell imbedding λ : Ψ R N som ovenfor. Vi konstruerer nå en resolusjon av diskriminantmengden, som en homologiekvivalens σ Σ Γ d. Se på en normal avbildning θ Γ d, en (A,b)-konfigurasjon J slik at θ respekterer J, og en samling punkter (T,V) = ({(t 0,t 0),...,(t q,t q)},{v 1,...,v b }) ).

4 JOHN ROGNES i Ψ som genererer J. Via imbeddingen λ utspenner de (q + 1 + b) punktene λ(t 0,t 0),...,λ(t q,t q),λ(v 1,v 1 ),...,λ(v b,v b ) et affint (q+b)-simpleks i R n. Vi oppfatter dette simplekset som et underom i Γ d R N over θ Γ d : {θ} (λ(t 0,t 0),...,λ(v b,v b )) Γ d R N Et slikt simpleks kalles et standardsimpleks, og resolusjonen σ er unionen av alle slike standardsimplekser når (A,b), J, θ og de genererende samlingene (T,V) varierer. Det er en naturlig avbildning σ Σ Γ d, indusert av projeksjonen Γ d R N Γ d. To standardsimplekser i Γ d R N svarende til forskjellige genererende samlinger (T 1,V 1 ) og (T,V ) for J kan ikke møtes i indre punkter, ved Lemma.3.. Så et indre punkt i et standardsimpleks bestemmer den genererende samlingen. Lemma.3.4. (i) σ er semialgebraisk. (ii) Projeksjonen σ Γ d Σ induserer en isomorfi H (σ) H (Σ Γ d ). Del (ii) vises ved å triangulere billedet, og se at over det indre av hvert simpleks i billedet Σ Γ d danner σ en bunt med fiber det kontraktible standardsimplekset bestemt av en maksimal genererende samling. Konkret, for en normal avbildning θ la {(t 0,t 0),...,(t q,t q)} være listen av alle par av forskjellige punkter i R som identifiseres under R, og la {v 1,...,v b } være de singulære punktene til θ. q og b er endelige fordi θ ligger i Γ d. La J være den genererte (A,b)-konfigurasjonen. Hvis θ ikke er en knute er f(j) 1 og fiberen over θ er det affine lukkede (q +b)-simplekset utspent av de (q +1+b) punktene {λ(t 0,t 0),...,λ(v b,v b )} i R N. Vi kan også beskrive fibrene for projeksjonen av σ på R N -faktoren. La p R N. Inversbilledet til p for projeksjonen σ Γ d R N R N er et (muligens tomt) affint underrom av normale avbildninger θ Γ d som oppfyller en samling krav på formen θ(t) = θ(t ) eller θ (v) = 0. Disse kravene genererer en (A,b)-konfigurasjon J, og inversbilledet til p er da χ(γ d,j) {p}. Hvis θ χ(γ d,j) ligger (θ,p) i det indre av et standardsimpleks i σ. Filtrasjon av resolusjonsrommet. For å beregne kohomologien til knuterommet har vi nå redusert oss til å beregne den lukkede homologien til resolusjonen σ av Σ Γ d, mens d vokser mot uendelig. For dette innfører vi en naturlig filtrasjon av σ, og studerer den assosierte spektralfølgen. La σ i σ være unionen av standardsimpleksene i Γ d R N assosiert med (A,b)- konfigurasjoner J med f(j) i. Dette bestemmer en voksende filtrasjon σ 1 σ σ 3d = σ av resolusjonsrommet σ. Filtrasjonen stopper ved i = 3d fra Lemma.1. (iii). Vi får en assosiert spektralfølge {E r p,q(d)} av homologisk type, med E 1 p,q(d) = H p+q (σ p σ p 1 ),

KOHOMOLOGI AV KNUTEROM, ETTER VASSILIEV 5 og som konvergerer til H p+q (σ). Vi reindekserer følgen som for Aleksanderdualitet, og får en spektralfølge {E p,q r (d)} av kohomologisk type med hvor E p,q r (d) = Er p,3d 1 q (d), E p,q 1 (d) = H 3d 1 p q (σ p σ p 1 ) og følgen konvergerer til Hp+q (Γ d Σ). Vi kaller denne kohomologiske spektralfølgen Vassiliev-spektralfølgen (i grad d). Spektralfølgen. Teorem (Vassiliev). La d > d være partall, og velg rommene Γ d og Γ d slik at egenskapene i Lemma.1. er oppfyllt. (A) Gruppene E p,q 1 (d) er trivielle hvis ikke p+q 0, p 3d og p. Vi kaller området hvor (3d+1)/5 p og p+q 0 det stabile omraadet i spektralfølgen, og resten av området hvor det finnes ikketrivielle grupper er det ustabile området. (B) Hvis p (3d + 1)/5 er gruppen E p,p 1 uavhengig av d, og kan gis en algebraisk beskrivelse. (C) Spektralfølgene {Er p,q (d)} og {E p,q r (d )} er isomorfe når enten (i) r = 1 og (p,q) er i det d-stabile området, eller hvis r > 1 og (p,q) er slik at ingen differensialer av lengde < r når fra det d-ustabile området til bigrad (p,q). Fra (C) følger det at hver enkelt gruppe Er p,q (d) stabiliserer når d vokser mot uendelig. Vi kan derfor definere en stabil Vassiliev-spektralfølge Er p,q som konvergerer til Hp+q (K Σ). Leddene E p,p danner de assosierte graderte gruppene for en uendelig filtrasjon av H 0 (K Σ), dvs. rommet av knuteinvarianter. En knuteinvariant som overlever til E p,p kalles en Vassiliev-invariant av type p. Vassiliev-invariantene av alle endelige typer kalles også invarianter av endelig type. Uheldigvis vet vi ikke om spektralfølgen oppfyller sterk konvergens, dvs. om alle knuteinvarianter er (en grense av invarianter) av endelig type.