Инвариант Кэссона - Casson invariant

В 3-х мерная топология, часть математической области геометрическая топология, то Инвариант Кэссона является целочисленным инвариантом ориентированного интеграла гомология 3-сфер, представлен Эндрю Кэссон.

Кевин Уокер (1992) нашел продолжение рациональные гомологии 3-сферы, называется Инвариант Кассона – Уокера, а Кристин Лескоп (1995) распространила инвариант на все закрыто ориентированный 3-х коллектор.

Определение

Инвариант Кассона - это сюръективное отображение λ ориентированных целочисленных гомологий 3-сфер в Z удовлетворяющие следующим свойствам:

λ (S³) = 0.
Пусть Σ - целочисленная гомологическая 3-сфера. Тогда для любого узла K и для любого целого п, разница

{displaystyle lambda left (Sigma + {frac {1} {n + 1}} cdot Kight) -lambda left (Sigma + {frac {1} {n}} cdot Kight)}

не зависит от п. Здесь

{displaystyle Sigma + {frac {1} {m}} cdot K}

обозначает

{displaystyle {frac {1} {m}}}

Хирургия Дена на Σ посредством K.

Для любой пограничной ссылки K ∪ L в Σ следующее выражение равно нулю:

{displaystyle lambda left (Sigma + {frac {1} {m + 1}} cdot K + {frac {1} {n + 1}} cdot Light) -lambda left (Sigma + {frac {1} {m}} cdot) K + {frac {1} {n + 1}} cdot Light) - лямбда слева (Sigma + {frac {1} {m + 1}} cdot K + {frac {1} {n}} cdot Light) + лямбда слева ( Sigma + {frac {1} {m}} cdot K + {frac {1} {n}} cdot Light)}

Инвариант Кассона уникален (относительно вышеуказанных свойств) с точностью до общей мультипликативной константы.

Характеристики

Если K - трилистник, то

{displaystyle lambda left (Sigma + {frac {1} {n + 1}} cdot Kight) -lambda left (Sigma + {frac {1} {n}} cdot Kight) = pm 1})

.

Инвариант Кассона равен 1 (или −1) для Сфера гомологии Пуанкаре.
Инвариант Кассона меняет знак, если ориентация M обратный.
В Инвариант Рохлина из M равен инварианту Кассона по модулю 2.
Инвариант Кассона аддитивен относительно связное суммирование гомологии 3-сфер.
Инвариант Кассона - это своего рода Эйлерова характеристика за Гомология Флора.
Для любого целого числа п

{displaystyle lambda left (M + {frac {1} {n + 1}} cdot Kight) -lambda left (M + {frac {1} {n}} cdot Kight) = phi _ {1} (K),}

куда

{displaystyle phi _ {1} (K)}

коэффициент при

{displaystyle z ^ {2}}

в Полином Александера – Конвея

{displaystyle abla _ {K} (z)}

, и конгруэнтно (по модулю 2) Инвариант Arf из K.

Инвариант Кассона - это часть степени 1 Инвариант Ле – Мураками – Оцуки..
Инвариант Кассона для Многообразие Зейферта ${displaystyle Sigma (p, q, r)}$ дается формулой:

{displaystyle lambda (Sigma (p, q, r)) = - {frac {1} {8}} left [1- {frac {1} {3pqr}} left (1-p ^ {2} q ^ {2 } r ^ {2} + p ^ {2} q ^ {2} + q ^ {2} r ^ {2} + p ^ {2} r ^ {2} ight) -d (p, qr) -d (q, pr) -d (r, pq) ight]}

куда

{displaystyle d (a, b) = - {frac {1} {a}} sum _ {k = 1} ^ {a-1} cot left ({frac {pi k} {a}} ight) cot left ( {frac {pi bk} {a}} ight)}

Инвариант Кассона как подсчет представлений

Неформально говоря, инвариант Кассона насчитывает половину числа классов сопряженности представлений фундаментальная группа гомологической 3-сферы M в группу SU (2). Это можно уточнить следующим образом.

Пространство представления компактный ориентированное 3-многообразие M определяется как ${displaystyle {mathcal {R}} (M) = R ^ {mathrm {irr}} (M) / SU (2)}$ куда ${displaystyle R ^ {mathrm {irr}} (M)}$ обозначает пространство неприводимых SU (2) представлений ${displaystyle pi _ {1} (M)}$ . Для Расщепление Хегора ${displaystyle Sigma = M_ {1} чашка _ {F} M_ {2}}$ из ${displaystyle M}$ , инвариант Кассона равен ${displaystyle {frac {(-1) ^ {g}} {2}}}$ умноженное на алгебраическое пересечение ${displaystyle {mathcal {R}} (M_ {1})}$ с ${displaystyle {mathcal {R}} (M_ {2})}$ .

Обобщения

Рациональная гомология 3-сфер

Кевин Уокер нашел продолжение инварианта Кассона на рациональные гомологии 3-сферы. Инвариант Кассона-Уокера - это сюръективное отображение λ_CW от ориентированных рациональных гомологий 3-сфер к Q удовлетворяющие следующим свойствам:

1. λ (S³) = 0.

2. На каждую 1-компонентную Хирургия Дена презентация (K, μ) ориентированной рациональной гомологической сферы M′ В ориентированной рациональной сфере гомологии M:

{displaystyle lambda _ {CW} (M ^ {prime}) = lambda _ {CW} (M) + {frac {langle m, mu angle} {langle m, u angle langle mu, u angle}} Delta _ {W } ^ {простое число} (MK) (1) + au _ {W} (m, mu; u)}

куда:

м ориентированный меридиан узла K μ - характеристическая кривая перестройки.
ν - образующее ядро естественного отображения ЧАС₁(∂N(K), Z) → ЧАС₁(M−K, Z).
${displaystyle langle cdot, cdot angle}$ - форма пересечения на трубчатой окрестности узла, N(K).
Δ - полином Александера, нормированный так, чтобы действие т соответствует действию генератора ${displaystyle H_ {1} (M-K) / {ext {Torsion}}}$ в бесконечности циклическое покрытие из M−K, и является симметричным и принимает значение 1 на 1.
${displaystyle au _ {W} (m, mu; u) = - mathrm {sgn} langle y, mangle s (langle x, mangle, langle y, mangle) + mathrm {sign} langle y, mu angle s (langle x , угол му, угол y, угол mu) + {frac {(delta ^ {2} -1) langle m, угол mu} {12langle m, u angle langle mu, u angle}}}$

куда Икс, у являются генераторами ЧАС₁(∂N(K), Z) такие, что

{displaystyle langle x, yangle = 1}

, v = δу для целого числа δ и s(п, q) это Дедекиндовая сумма.

Обратите внимание, что для целочисленных сфер гомологии нормализация Уокера вдвое больше, чем у Кассона: ${displaystyle lambda _ {CW} (M) = 2lambda (M)}$ .

Компактные ориентированные 3-многообразия

Кристин Лескоп определила расширение λ_CWL инварианта Кассона-Уокера ориентированным компактам 3-х коллектор. Он уникально характеризуется следующими свойствами:

Если первый Бетти номер из M равно нулю,

{displaystyle lambda _ {CWL} (M) = {frac {1} {2}} leftvert H_ {1} (M) ightvert lambda _ {CW} (M)}

.

Если первое число Бетти M является одним,

{displaystyle lambda _ {CWL} (M) = {frac {Delta _ {M} ^ {prime prime} (1)} {2}} - {frac {mathrm {torsion} (H_ {1} (M, mathbb { Z}))} {12}}}

где Δ - полином Александера, нормированный на симметрию и принимающий положительное значение в 1.

Если первое число Бетти M два,

{displaystyle lambda _ {CWL} (M) = leftvert mathrm {torsion} (H_ {1} (M)) ightvert mathrm {Link} _ {M} (гамма, гамма ^ {простое число})}

где γ - ориентированная кривая, заданная пересечением двух образующих

{displaystyle S_ {1}, S_ {2}}

из

{displaystyle H_ {2} (M; mathbb {Z})}

и

{displaystyle gamma ^ {prime}}

- параллельная кривая γ, индуцированная тривиализацией трубчатой окрестности кривой γ, определяемой

{displaystyle S_ {1}, S_ {2}}

.

Если первое число Бетти M три, то для а,б,c основа для ${displaystyle H_ {1} (M; mathbb {Z})}$ , тогда

{displaystyle lambda _ {CWL} (M) = leftvert mathrm {torsion} (H_ {1} (M; mathbb {Z})) ightvert left ((acup bcup c) ([M]) ight) ^ {2}}

.

Если первое число Бетти M больше трех, ${displaystyle lambda _ {CWL} (M) = 0}$ .

Инвариант Кассона – Уокера – Лескопа обладает следующими свойствами:

Если ориентация M, то если первое число Бетти M нечетно, инвариант Кассона – Уокера – Лескопа не меняется, иначе меняет знак.
За соединить суммы многообразий

{displaystyle lambda _ {CWL} (M_ {1} #M_ {2}) = leftvert H_ {1} (M_ {2}) ightvert lambda _ {CWL} (M_ {1}) + leftvert H_ {1} (M_ {1}) ightvert lambda _ {CWL} (M_ {2})}

СОЛНЦЕ)

В 1990 году К. Таубс показал, что SU (2) -кассоновский инвариант 3-гомологической сферы M имеет калибровочно-теоретическую интерпретацию как Эйлерова характеристика из ${displaystyle {mathcal {A}} / {mathcal {G}}}$ , куда ${displaystyle {mathcal {A}}}$ - пространство SU (2) связностей на M и ${displaystyle {mathcal {G}}}$ - группа калибровочных преобразований. Он считал Инвариант Черна – Саймонса как ${displaystyle S ^ {1}}$ -значен Функция Морса на ${displaystyle {mathcal {A}} / {mathcal {G}}}$ и использовал инвариантность относительно возмущений, чтобы определить инвариант, который он приравнял к SU (2) инварианту Кассона. (Таубес (1990) )

Х. Боден и К. Геральд (1998) использовали аналогичный подход для определения SU (3) Инвариант Кассона для целочисленных гомологий 3-сфер.