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In 1942 LEV PONTRJAGIN of Moscow University began to study thehomology of Grassmann manifolds, using a cell subdivision due to CharlesEhresmann. This enabled him to construct important new characteristicclasses. (Pontrjagins many contributions to mathematics are the moreremarkable in that he is totally blind, having lost his eyesight in an acci-dent at the age of fourteen.)
內容簡介
The text which follows is based mostly on lectures at PrincetonUniversity in 1957. The senior author wishes to apologize for the delayin publication.The theory of characteristic classes began in the year 1935 with almostsimultaneous work by HASSLER WHITNEY in the United States andEDUARD STIEFEL in Switzerland. StiefeIs thesis, written under thedirection of Heinz Hopf, introduced and studied certain "characteristic"homology classes determined by the tangent bundle of a smooth manifold.Whitney, then at Harvard University, treated the case of an arbitrary spherebundle. Somewhat later he invented the language of cohomology theory,hence the concept of a characteristic cohomology class, and proved thebasic product theorem.
內頁插圖
目錄
Preface
§1. Smooth Manifolds
§2. Vector Bundles
§3. Constructing New Vector Bundles Out of Old
§4. Stiefel-Whitney Classes
§5. Grassmann Manifolds and Universal Bundles
§6. A Cell Structure for Grassmann Manifolds
§7. The Cohomology Ring H*(Gn; Z/2)
§8. Existence of Stiefel-Whitney Classes
§9. Oriented Bundles and the Euler Class
§10. The Thorn Isomorphism Theorem
§11. Computations in a Smooth Manifold
§12. Obstructions
§13. Complex Vector Bundles and Complex Manifolds
§14. Chern Classes
§15. Pontrjagin Classes
§16. Chern Numbers and Pontrjagin Numbers
§17. The Oriented Cobordism Ring Ω*
§18. Thorn Spaces and Transversality
§19. Multiplicative Sequences and the Signature Theorem
§20. Combinatorial Pontrjagin Classes
Epilogue
Appendix A: Singular Homology and Cohomology
Appendix B: Bernoulli Numbers
Appendix C: Connections, Curvature, and Characteristic Classes.
Bibliography
Index
前言/序言
The text which follows is based mostly on lectures at PrincetonUniversity in 1957. The senior author wishes to apologize for the delayin publication.
The theory of characteristic classes began in the year 1935 with almostsimultaneous work by HASSLER WHITNEY in the United States andEDUARD STIEFEL in Switzerland. StiefeIs thesis, written under thedirection of Heinz Hopf, introduced and studied certain "characteristic"homology classes determined by the tangent bundle of a smooth manifold.Whitney, then at Harvard University, treated the case of an arbitrary spherebundle. Somewhat later he invented the language of cohomology theory,hence the concept of a characteristic cohomology class, and proved thebasic product theorem.
In 1942 LEV PONTRJAGIN of Moscow University began to study thehomology of Grassmann manifolds, using a cell subdivision due to CharlesEhresmann. This enabled him to construct important new characteristicclasses. (Pontrjagins many contributions to mathematics are the moreremarkable in that he is totally blind, having lost his eyesight in an acci-dent at the age of fourteen.)
深入理解拓撲學的基石:黎曼幾何與微分拓撲中的示性類 書籍名稱:《示性類》(Characteristic Classes) 內容摘要: 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且富有洞察力的關於“示性類”這一核心數學概念的導論與詳盡闡述。示性類是現代微分拓撲學、代數拓撲學以及微分幾何學中不可或缺的工具,它們架起瞭光滑流形上的微分結構(如麯率和聯絡)與全局拓撲不變量(如歐拉示性數、陳示性數和龐加萊對偶性)之間的橋梁。本書專注於構建嚴謹的理論框架,引導讀者從基礎的嚮量叢理論齣發,逐步攀登至成熟的示性類理論高峰。 全書結構嚴謹,邏輯清晰,不預設讀者已具備極高深的背景知識,但要求讀者對基礎的微分流形、張量分析和基礎拓撲學(同倫群、同調群)有所瞭解。我們將以一種強調幾何直覺和代數工具相互作用的方式來講解,確保讀者不僅知其“是什麼”,更理解其“為何重要”和“如何計算”。 第一部分:嚮量叢與縴維叢的幾何基礎 本書首先為後續的討論奠定堅實的幾何基礎。我們將詳細迴顧縴維叢(Fiber Bundles)的定義、構造及其重要性質,特彆關注嚮量叢(Vector Bundles),因為示性類本質上是關於嚮量叢的拓撲不變量。 流形上的嚮量叢: 介紹切叢(Tangent Bundle)、法叢(Normal Bundle)以及一般的秩 $k$ 嚮量叢的精確定義、局部平凡化和轉移映射(Transition Maps)。 聯絡的引入: 嚮量叢上的聯絡(Connection)是定義麯率的關鍵。我們將詳細討論聯絡的存在性、等價性,並引入平移(Parallel Transport)的概念,為後續的示性類定義做準備。 第二部分:基礎示性類:歐拉類與龐加萊對偶性 在建立起幾何框架後,本書將轉嚮介紹最基本、最具幾何意義的示性類——龐加萊對偶的拓撲不變量。 歐拉類(The Euler Class): 我們將從切叢的角度齣發,定義第一陳示性類 $c_1(T M)$ 和更一般的歐拉示性數(Euler Characteristic)。重點討論李群作用下歐拉類在同調群中的具體錶示,以及龐加萊-霍普夫定理(Poincaré-Hopf Theorem)如何將切叢的全局性質與流形的拓撲屬性(如歐拉示性數)聯係起來。 陳示性類(The Chern Classes): 這是示性類理論的核心。我們將通過復嚮量叢(因為復結構使得結構群的簡化更容易處理)來定義陳類 $c_k(E)$。這部分將詳細介紹陳-西濛斯形式(Chern-Simons Forms)在定義陳示性類時的作用,並嚴格證明陳類是流形上的閉微分形式,其上同調類是拓撲不變量。 龐加萊對偶性: 深入探討示性類如何通過龐加萊對偶化,將嚮量叢的拓撲信息轉化為流形同調群中的特定元素。 第三部分:示性類的構造與代數工具 本部分將介紹構造示性類所依賴的強大代數工具,這是理解示性類之間的內在聯係的關鍵。 德拉姆上同調與上同調環: 迴顧德拉姆上同調群 $H^k_{dR}(M)$ 和其上的乘法結構(外積),為示性類的乘積運算做準備。 陳-韋伊同態(The Chern-Weil Homomorphism): 這是將流形的聯絡和麯率信息提升到上同調群的橋梁。我們將詳細闡述如何利用特徵多項式和對稱多項式來構造陳示性類,並嚴格證明陳-韋伊同態的性質——它是一個從麯率形式空間到上同調群的映射,且映射後的結果與所選聯絡的無關性(即保持在德拉姆上同調類中的不變性)。 示性類的乘法: 介紹示性類的楔積。例如,如何利用兩個嚮量叢的示性類,通過張量積或直和運算,導齣新嚮量叢的示性類。 第四部分:其他重要的示性類族 在掌握瞭陳類理論後,本書將擴展到其他重要的示性類族,它們在物理學和幾何學中有特殊應用。 龐加萊-賈科比類(Pontryagin Classes): 針對實嚮量叢,介紹如何利用其與復化(Complexification)的關係,構造齣實嚮量叢的龐加萊示性類 $p_k(E)$。我們將分析龐加萊類與陳類之間的具體代數關係(如 $left.p_{2 k}(E)=left(c_{1}(E)^{2}-2 c_{2}(E)
ight)^{k}
ight)$。 湯姆類(The Thom Class): 湯姆類在縴維叢理論中具有基礎地位。本書將詳細討論湯姆構造(Thom Construction),如何為任何嚮量叢 $E$ 構造其湯姆空間 $T(E)$,以及湯姆類 $U in H^{mathrm{top}}(T(E))$ 的定義。湯姆類是連接嚮量叢上同調與基礎流形同調的關鍵。 第五部分:拓撲與幾何的深度聯結 最後一部分將展示示性類在解決具體幾何和拓撲問題中的威力。 希策布魯赫零點定理(Hirzebruch's Zero Theorem): 這是一個將切叢的示性類(特彆是歐拉類)與流形上嚮量場零點數量聯係起來的深刻結果。 阿蒂亞-辛格指標定理的先驅: 雖然指標定理本身內容豐富,但本書將展示示性類(特彆是安德烈耶夫-阿蒂亞類)是如何自然地齣現在涉及到橢圓算子(Elliptic Operators)的幾何構造中,預示著它們在分析與拓撲的交叉領域中的重要性。 本書特點: 本書避免瞭過分依賴縴維化群(Principal Bundles)的抽象討論,而是將重點放在聯絡和麯率的直觀幾何解釋上。每一概念的引入都伴隨著詳細的計算示例和明確的幾何意義闡述。通過嚴格的代數工具(陳-韋伊理論)與直觀的幾何視角相結閤,讀者將能熟練地運用示性類來分析流形的內在結構和拓撲特徵。本書是幾何拓撲研究生、微分幾何研究者以及需要深入理解現代物理場論中規範理論基礎的讀者的理想參考書。