中学社会669002 views
LaTeX962713 views
世界の国564972 views
ヒストリア291310 views
Computer368461 views
いろは3013586 views
高校化学2925825 views
英語614322 views
数学講師2890703 views
中学英語812035 views
Help
Tools
NewsSpreadsheetCalendarBookkeepingMarkdown TablesLanguage Model NewsLinux CommandsSlidesTier ListPen ToolIllustrationCrayonWatercolorPixel ArtASCII ArtPerspectiveEndless StairsGraphMind MapER DiagramFamily TreeMemeCurved TextImage EditorMosaicRetro FilterPencil SketchSwirl EffectLine ArtOCR/HighlighterMakeup EditorFaviconVideo TrimmerScrolling VideoVideo TitleColor PickerColor ExtractorBonfireFireworksCherry BlossomWater RippleWater SplashBreaking GlassGlass TextureFabric TextureWood GrainMarble TextureBrick Wall TextureMetal TextureWashi Paper TextureCardboard TextureCSS ButtonIcon MakerBar ChartGrouped Bar ChartStacked Bar ChartPie ChartLine ChartArea ChartStacked Area ChartScatter Plot3D Bar Chart3D Pie ChartBar Chart RaceBubble ChartPopulation PyramidPictogramEarningsCandlestick ChartInvestment RiskMortgage SimulatorCalculatorMatrix CalculatorFunction GraphPolynomial ExpansionVenn DiagramField VisualizerRubik's Cube Group TheoryTraveling SalesmanVoronoi and DelaunayFractalUniversity Entrance Exam MathColumn ArithmeticDraw Math FiguresArithmetic AnimationArithmetic Word ProblemsCounting with Tree DiagramsCube NetsRolling DiceCross SectionsMotion PathMechanicsWavesUniversity Entrance Exam Physics解析力学Quantum MechanicsStatistical MechanicsRelativityCelestial MechanicsAstrophysicsCosmologyElectromagnetic WavesCapacitorsLight and LensesThermodynamicsHow Semiconductors WorkMolecular StructuresAtomic OrbitalsElectrochemical CellsChemical EquilibriumCrystal LatticesBuffer pHOrganic Reaction MapPeriodic TableComplex IonsDNA Double HelixCell DivisionMembrane ChannelsNerve ImpulseMuscle ContractionHormones and HomeostasisRock ClassificationWeatherConstellationsSolar and Lunar Eclipses3D ModelingFloor PlanSeismic StructuresIntersection TurnMaglevCooking AnimationOrigamiLive Viewer CountGeoJSON MapRailway MapPopulation MapCrime MapLand Price MapSchool MapShrine and Castle MapHouse of Representatives MapWord MapSolitaireReversiHakoiri MusumeChessHamburgerRippleSlide Puzzle MakerNeon PinballNovel MakerJapanese Typing PracticePiano Score EditorMusic TheoryShogi StrategyPiano Rhythm Game

English

懸垂は次元を上げ、ループ空間は次数を下げる

球面の次元を 1 つ上げる操作と、ホモトピー群の次数を 1 つ下げる操作。この 2 つが互いに向かい合っています。

前者が懸垂、後者がループ空間です[1,2] という関係で結ばれ、随伴と呼ばれます。

以下では 2 つの構成を定義し、随伴が何を言っているかを確かめ、フロイデンタールの定理から安定ホモトピー論とスペクトラムまで進みます。

懸垂

に伸ばし、上下の面をそれぞれ 1 点に潰したものを懸垂 といいます[1]

2 つの錐を底で貼り合わせた形、とも読めます。 の結び でもある。

簡約懸垂

基点付きで扱うときは、基点を通る線分も潰します。

これが簡約懸垂です[1] のスマッシュ積 と同相。

CW 複体では、 はホモトピー同値です。ふつうは区別せずに使う。

例:球面の懸垂は球面

が成り立ちます[1]

で上下を潰すと、緯度が から まで動く の書き方そのもの。

は 2 点で、懸垂すると線分 2 本がつながって円周。ここから帰納的にすべての球面が出ます。

懸垂を動かして見る

円周を懸垂して球面ができる過程を描きます。

赤い円周が元の で、上下の黒い点が潰した先です。あいだの薄い円が、時刻ごとの断面。

をどんな空間にしても同じ構成が使えます。次元が 1 つ上がる。

ホモロジーが 1 つずれる

被約ホモロジーには、きれいな関係があります[1]

マイヤー・ヴィートリス列で、2 つの錐が可縮であることを使えば出ます。

から始めて、 が帰納的に出ます。球面のホモロジーがこれで決まる。

ループ空間

基点を保つ写像 の全体に、コンパクト開位相を入れたものがループ空間 です[2]

道の連結成分が 。空間として見ているので、それより高い情報も持っています。

一般に が成り立ちます[2]。次数が 1 つ下がる。

随伴

懸垂とループ空間は、互いに随伴になります。

が基点付きホモトピー類の集合として成り立ちます[1,2]

が左随伴、 が右随伴。 をとれば が出ます。

懸垂

次元を 1 つ上げます。左随伴で、

ループ空間

次数を 1 つ下げます。右随伴で、

道と輪の束

基点から出る道の空間 をとると、終点を返す写像 がファイブレーションです[2]

繊維は基点に戻る道、つまり は可縮なので、長完全列から が出ます。

随伴の関係を、束の言葉で言い直した形になっています。

ループ空間は H 空間

には、道をつなぐ積が入ります。単位元は定数ループ、逆元は逆にたどる道[4]

厳密な結合律は成り立ちませんが、ホモトピーの意味で成り立つ。こういう空間を H 空間といいます。

H 空間の基本群はいつも可換です[4]。エックマン・ヒルトンの議論が効く。

例:H 空間になる球面

だけが H 空間です[4]

実数、複素数、四元数、八元数の単位元の全体。ホップ不変量 の写像が存在する次元と一致します。

は位相群ですが、 は違います。八元数の積が結合的でないため。

フロイデンタールの定理

連結なら、懸垂写像 で同型、 で全射です[3]

球面に当てはめると、 連結なので、 で安定します[3]

安定した先の値を、 次の安定ホモトピー群といいます。

安定域と不安定域

を固定して を上げていくと、あるところから値が動かなくなります。

不安定な部分は ごとに違い、計算が難しい。安定な部分は 1 つの群にまとまる[3]

安定ホモトピー論は、この安定した領域だけを扱う分野です。

の関係はどれか。

  • どちらも になる
  • 懸垂写像で同型になる
  • 前者が後者の部分群になる
  • 関係は決まらない
__RESULT__

連結なので、 で同型です。 は範囲を超えていますが、 側で見れば で安定域に入り、同型になります。

安定するところを表で見る

を固定して を動かすと、あるところから値が止まります。

の段ごとに、右へ行くと値が止まります。止まった先が 次の安定ホモトピー群[3]

赤い左下だけが個別の計算を要します。安定域は 1 つの群にまとまるので、そこだけを扱う理論が作れる。

例:懸垂で次数が上がる様子

を懸垂すると へ移ります。値は

連結なので、フロイデンタールの範囲は は範囲外なので、同型が崩れても矛盾しません[3]

もう一度懸垂すると で、こちらは安定域に入ります。以降は変わりません。

スペクトラム

安定した情報だけを扱う対象がスペクトラムです[5]

空間の列 と、構造写像 の組。懸垂で次へつながる仕組みを、あらかじめ組み込んだ形。

ホモトピー群は極限で定めます。

安定な値がそのまま定義になります[5]

懸垂スペクトラム

空間 から としてスペクトラムを作れます。懸垂スペクトラム

のとき、球面スペクトラムができます。安定ホモトピー論のいちばん基本的な対象[5]

が、球面の安定ホモトピー群そのものになります。

スペクトラム

構造写像の随伴 が弱同値になるものを スペクトラムといいます[5]

各段が次の段のループ空間になっている。K 理論のスペクトラムがこの形。

一般コホモロジー論はスペクトラムで表現されます。ブラウンの表現定理[5]

何を捨てているのか

懸垂を繰り返すと、不安定な情報が落ちます。落ちた先に残るのが安定な部分。

不安定なほうが情報は多いのですが、計算がほとんどできません。安定なほうは道具がそろっている[3]

扱える範囲まで情報を落として、その中で完全な理論を作る。安定ホモトピー論の設計はこの形になっています。

よくある誤り

懸垂とループ空間を逆に覚える。 が次元を上げ、 が次数を下げます
を無条件に同一視する。CW 複体ならホモトピー同値です
随伴の向きを逆にする。 が左、 が右です
フロイデンタールの範囲を忘れる。 でだけ同型になります
を群だと思う。H 空間で、結合律はホモトピーの意味でだけ成り立ちます
を位相群だと思う。H 空間ですが群にはなりません
安定ホモトピー群が不安定なものより情報が多いと思う。落とした先が安定な部分です

参考文献

Suspension (topology))
Loop space
Freudenthal suspension theorem
H-space
Spectrum (topology))
Homotopy groups of spheres
懸垂は空間の次元を 1 つ上げ、ループ空間はホモトピー群の次数を 1 つ下げます。この 2 つは $[\Sigma Z, X] \cong [Z, \Omega X]$ で向かい合っていて、$\Sigma$ が左随伴、$\Omega$ が右随伴。$\Sigma S^n = S^{n+1}$ から球面のホモロジーが帰納的に出ます。懸垂を繰り返すと、フロイデンタールの範囲を超えたところで値が止まる。止まった先が安定ホモトピー群で、それだけを扱う対象がスペクトラムです。