微分トポロジー・特性類の問題
複素射影空間 の斉次座標を とし、
とおく。 は の非特異な 5 次超曲面であり、コンパクトな複素 2 次元多様体(実 4 次元の閉多様体)である。 には複素構造から定まる向きを入れ、 をその基本類とする。 の(実)接バンドル の第 1 ポントリャーギン類 について、ポントリャーギン数
を求めよ。ただし、ポントリャーギン類は で定める流儀とする。
この問題で使うもの
- チャーン類と超曲面の全チャーン類(説明と入口の問題)
- ポントリャーギン類とヒルツェブルフの符号数定理(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(98 技能)
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一覧で見る(前提が先)
- 三角形の角の大きさ
- 対頂角と平行線の同位角・錯角
- 三角形の外角と角の組み合わせ
- 小数の四則計算
- 分数のたし算・ひき算
- 分数のかけ算・わり算
- 小数と分数のまじった計算
- 逆算(□ を求める)
- 正負の数の加法・減法
- 四則の混じった計算の順序
- 正負の数の乗除・累乗と四則混合
- 分配法則を使った計算のくふう
- 文字式の計算(同類項・分配法則)
- 1 次方程式の解き方
- 二等辺三角形の角
- 平行四辺形と特別な四角形の性質
- 三角形・四角形の面積
- 約数の見つけ方
- 素因数分解と約数の個数
- 平方根の意味と根号の簡単化
- 三平方の定理
- 乗法公式による展開
- 折り返した図形の角と長さ
- 三平方の定理と平面図形
- ベクトルの演算と成分
- 行列の和・積と 2 次の逆行列
- 樹形図で数え上げる
- 積の法則と和の法則
- 和の法則・積の法則と樹形図
- 順列・円順列・重複順列
- 行列式
- 掃き出し法と連立 1 次方程式
- 行列の階数と解の存在
- ベクトル空間・一次独立・基底・次元
- 円の周の長さと面積
- おうぎ形の弧の長さと面積
- 弧の長さからおうぎ形の中心角と面積を求める
- 特別な直角三角形の辺の比
- 弧度法と単位円による三角関数
- 加法定理と 2 倍角・半角・積和の公式
- 線形変換と行列
- 核と像と次元定理
- 固有値と固有ベクトル
- 掃き出し法による逆行列
- 基底の変換と表現行列
- 対角化と行列の累乗
- 最大公約数と最小公倍数
- 比の性質と簡単な比
- 相似な三角形と長さの比
- 三角形の相似条件と対応する辺の長さ
- 三角比の定義と値
- 内積となす角
- 内積空間とグラム・シュミットの直交化
- 対称行列の直交対角化
- 2 次形式の標準形と符号
- 交叉形式と符号数
- 因数分解
- 3 次式までの展開と因数分解
- 微分係数と導関数の定義
- 多項式の微分
- 等間隔にならんだ数の和
- 等差・等比数列の和と Σ
- 数列の極限
- 関数の極限
- 積と商の微分
- 合成関数の微分
- 偏微分と全微分
- 多変数の連鎖律
- 微分形式の外積と外微分
- 位置ベクトルと内分点・外分点
- 交点の位置ベクトル
- 空間ベクトルと直線・平面
- 空間ベクトルの外積
- 多項式の不定積分
- の極限
- 三角関数の導関数
- 根号の乗除と加減
- 指数の拡張と指数関数
- 対数の定義と性質
- 自然対数の底
- 指数関数・対数関数の導関数
- 基本的な関数の不定積分
- 置換積分
- 部分積分
- 定積分の計算
- 定積分の置換・部分積分と偶関数・奇関数
- 重積分と累次積分
- 重積分の変数変換とヤコビアン
- 曲面の媒介変数表示と面積要素
- 面積分と流束
- ベクトル場の線積分
- グリーンの定理
- 勾配・発散・回転
- ストークスの定理
- 微分形式の積分とストークスの定理
- コホモロジー環とカップ積
- チャーン類と超曲面の全チャーン類
- ポントリャーギン類とヒルツェブルフの符号数定理
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
の接バンドルを と法バンドル の完全系列で捉え、ホイットニーの和公式で を計算する方針をとる。
ヒント 2
、、そして複素ベクトル束では が成り立つ。 は の次数に等しい。
ヒント 3
を の項まで展開すると 、 となる。あとは を の倍数として表し、 を 上で積分する。
答えと解説
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解説を読む
を超平面類(トートロジカル直線束の双対 の第 1 チャーン類)とし、その への制限も同じ記号 で表す。
接バンドルの全チャーン類. オイラー完全系列より である。 は の正則切断の零点集合(横断的)なので、法バンドルは であり、。複素ベクトル束の完全系列
とホイットニーの和公式から
( は複素 2 次元なので 以上は )。よって 、。
ポントリャーギン類. 複素ベクトル束 について であり、 なので
すなわち 。したがって
次数. を 上で積分すると、 は超平面の双対なので は と一般の 2 枚の超平面の交点数、すなわち 5 次曲面と直線の交点数 に等しい( と が のポアンカレ双対であることからも )。
よって
(検算: ポントリャーギン類の積公式 を使うと となり一致する。また 、 であり、ヒルツェブルフの符号数定理より符号数は で整数になっている。)
別解
を超平面類の制限とする。、、 より 。
を まで展開すると 、 より 。
複素曲面では実接バンドルの複素化 なので ( を用いて展開)。よって 。
( は次数 5 の超曲面)なので 。
検算: ヒルツェブルフの符号定理 。次数 の曲面の符号数の公式 に を入れると で一致。またオイラー標数 、 で とも一致()。