BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
Nguyễn Hiếu Thảo
Chuyên ngành : Hình học và tôpô
Mã số
: 60 46 10
LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. LÊ ANH VŨ
Thành phố Hồ Chí Minh – 2009
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
A B
hợp rời của A và B
Ab
phạm trù các nhóm aben
A hoặc A
đại số bổ sung đơn vị của đại số A
A A H
tích xiên của A và H bởi tác động
C( X )
đại số các hàm phức liên tục trên X
C (V , F )
đại số liên kết với phân lá (V , F )
Cc ( H , A)
các hàm phức liên tục có giá compact từ H vào A
C0 (, A)
đại số các hàm liên tục từ vào A triệt tiêu ở vô cùng
C0 ( X )
đại số các hàm phức liên tục trên X triệt tiêu ở vô cùng
Ext ( B, J )
KK nhóm của Kasparov
S
không gian đối ngẫu của không gian S
không gian Hilbert
Index A
chỉ số của * đại số A
k ( )
đại số các toán tử compact trên
K i ( A)
K i nhóm của đại số A
( )
các toán tử tuyến tính bị chặn trên
L2 ()
không gian các hàm thực bình phương khả tích
M n ( A)
đại số các ma trận vuông cấp n trên đại số A
2
xuyến hai chiều
(V , F )
phân lá F trên đa tạp V
Xˆ
compact hóa một điểm của không gian X
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Đa tạp phân lá là một nhánh tương đối mới mẻ thuộc lĩnh vực Hình học vi phân.
Mặc dù ở địa phương, mọi phân lá k chiều trên một đa tạp vi phân n chiều đều hoàn
toàn giống nhau cụ thể là chúng luôn có “dáng điệu” của phân lá tầm thường nhưng
trên toàn cục thì chúng có thể rất khác nhau. Bởi thế, khi nghiên cứu phân lá, ta chỉ
quan tâm đến các vấn đề toàn cục, tức là nghiên cứu những yếu tố bất biến qua các
phép tương đương tôpô. Chẳng hạn như tìm hiểu số các lá đóng, lá tuần hoàn, lá trù
mật hay lá compact, ... của từng kiểu phân lá.
Một yếu tố phản ánh khá tốt thông tin của phân lá (V , F ) là không gian lá V F
của phân lá đó. Tuy nhiên, dù các đa tạp phân lá có tôpô tốt (do có cấu trúc vi phân),
nhưng không gian lá của nó thường lại rất xấu, có thể không Hausdorff, thậm chí là
không nửa tách. Mà ta đã biết, khi tính K lý thuyết hình học của một không gian tôpô
X , ta hay thay X bởi một đại số C0 ( X ) . Với tôpô xấu của V F thì cách thay
thế này không còn phù hợp vì C0 (V F ) không cho ta thông tin cần thiết về phân lá
(V , F ) . Đây là một cản trở lớn trong nghiên cứu tôpô phân lá.
Để khắc phục nhược điểm trên, Alain Connes đã liên kết chính tắc một phân lá
(V , F ) với một đại số C (V , F ) nhưng vẫn cho ta thông tin cần thiết về phân lá
(V , F ) . Cần chú ý rằng trong trường hợp phân lá cho bởi phân thớ p : V B (có
không gian lá là B với tôpô tốt) thì K lý thuyết của C (V , F ) chính là K lý thuyết
hình học của không gian lá V F B như thông thường.
Khái niệm đại số có nguồn gốc vật lý và do Gelfand – Naimark đưa ra năm
1943. Việc mô tả các đại số cũng hết sức khó khăn. Một trong những phương
pháp mô tả hiệu quả các đại số là phương pháp K hàm tử do Đỗ Ngọc Diệp đưa
ra vào năm 1974. Nhờ phương pháp này các nhà toán học đã mô tả được khá nhiều các
đại số. Việc dùng phương pháp K hàm tử để mô tả đại số liên kết của một
phân lá gọi là K lý thuyết của phân lá đó.
Ta đã biết K lý thuyết của một số phân lá đơn giản đã được giải quyết. Năm
1980, Pimsner và Veiculeseu đã tính K lý thuyết của phân lá Kronecker. Ngay sau
đó, đại số liên kết của phân lá Reeb trên S 3 cũng được mô tả. Năm 1984, A. M.
Torpe đã giải quyết cho các phân lá Reeb trên 2 . Đến năm 1990, Lê Anh Vũ cũng
thành công trong trường hợp phân lá tạo bởi các K quĩ đạo chiều cực đại của lớp
nhóm Lie MD 4 .
Sau khi tìm hiểu và nhìn nhận vấn đề, chúng tôi thấy thú vị với việc mô tả
đại số tương ứng của phân lá bằng phương pháp K hàm tử và nó vẫn là việc
làm mở đối với nhiều phân lá. Vì vậy, với luận văn tốt nghiệp này, chúng tôi quyết
định tìm hiểu công việc trên và đã chọn đề tài “ K Lý thuyết đối với không gian phân
lá của phân lá Reeb và một vài MD phân lá”.
2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Nội dung chính của luận văn là tìm hiểu kĩ thuật tính K lý thuyết của Torpe
cho một số phân lá đơn giản trên trụ [0,1] S 1 và trên xuyến 2 . Ngoài ra, vì các phân
lá này đều nhận được bởi tác động của nhóm Lie và khi tính K lý thuyết thì các
đại số liên kết với chúng đều nhúng được chính tắc vào một mở rộng một tầng.
Nên chúng tôi đã mở rộng hơn phạm vi các phân lá bởi việc tìm hiểu công trình của Lê
Anh Vũ về K lý thuyết của phân lá kim cương thực. Phân lá này là một MD phân
lá được cho bởi tác động của 2 và đại số của nó không nhúng được vào một mở
rộng đơn mà phải dùng đến dãy mở rộng lặp hai tầng.
Về phương pháp nghiên cứu, trước tiên chúng tôi phân tích một số công trình
nghiên cứu có liên quan để khái quát được con đường chung của quá trình tính K lý
thuyết của một phân lá. Sau đó chúng tôi cố gắng cụ thể hóa quy trình chung đó cho
một số phân lá cụ thể để từ đó vấn đề được sáng tỏ hơn.
3. Ý nghĩa khoa học của luận văn
Đến nay số lượng công trình về tính K lý thuyết của phân lá còn khá khiêm
tốn, K lý thuyết của rất nhiều phân lá vẫn chưa được nghiên cứu. Do vậy, luận văn ít
nhiều cung cấp được các kiến chuẩn bị hữu ích cho những độc giả mới bắt đầu tìm hiểu
K lý thuyết của phân lá. Đồng thời với việc mô tả các đại số bằng phương pháp
K hàm tử, ở gốc độ nào đó luận văn tiếp cận được một số vấn đề của đại số toán tử.
4. Cấu trúc luận văn
Luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương nội dung và phần kết luận.
Phần mở đầu: Khái quát lịch sử và nội dung vấn đề, cũng như phạm vi và
phương pháp nghiên cứu đề tài.
Chương 1: Gồm một số vấn đề cơ bản về đại số và K –lý thuyết của
chúng. Ở đây chúng tôi chỉ trình bày các vấn đề và tính toán cần thiết cho chương 3.
Chương 2: Gồm một số vấn đề về tôpô phân lá và K –lý thuyết của phân lá.
Chương này cũng đóng vai trò cung cấp các kiến thức chuẩn bị cho chương 3.
Chương 3: Chương này chứa nội dung chính của luận văn, trình bày K –lý
thuyết của các thành phần Reeb, vài phân lá trên xuyến 2 và phân lá kim cương thực.
Phần kết luận: Chúng tôi khái quát lại các vấn đề đã làm trong luận văn và nêu
lên hướng nghiên cứu mà chúng tôi sẽ tiếp tục sau khi hoàn thành luận văn này.
5. Ký hiệu trong luận văn
Các ký hiệu được dùng trong luận văn này hoặc là các ký hiệu thông dụng có
liệt kê trong Danh mục các ký hiệu hoặc sẽ được giải thích khi dùng lần đầu.
Để trích dẫn một kết quả hay tài liệu tham khảo, chúng tôi cũng viết theo các
quy cách chung. Chẳng hạn, nếu ghi “2.1.3” có nghĩa là tiểu mục 3 trong mục 1 ở
chương 2, còn nếu ghi “[1, tr.44 45]” tức là chỉ từ trang 44 đến trang 45 của tài liệu
tham khảo số 1.
Chương 1
MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ K LÝ THUYẾT CỦA ĐẠI SỐ
Trong chương này, phần đầu chúng tôi trình bày tóm tắt một số kiến thức chuẩn
bị về đại số cần thiết cho các tính toán ở các chương 2 và 3. Bên cạnh đó, cùng
với việc xây dựng các K nhóm và các dãy khớp K nhóm, chúng tôi có tính chi tiết
các K nhóm của một vài đại số như , C ( S 1 ) , C0 () hay M n () . Đây chính
là xuất phát điểm để chúng tôi tính toán các K nhóm được đề cập đến trong phần
chính của luận văn. Một trình bày đầy đủ hơn về nội dung của chương này, độc giả
quan tâm có thể tham khảo trong [4], [5], [10] và [12].
1.1 Một số vấn đề về đại số
Mục tiêu của phần này là cung cấp cho độc giả các ví dụ kinh điển về đại
số cùng với hai dạng tích thớ và tích xiên của nó. Các đại số liên kết của các phân
lá được xét đến trong luận văn của chúng tôi đều có một trong hai dạng này.
1.1.1 Định nghĩa (xem [10, tr.35 37])
Một đại số A là một đại số Banach trên trường số phức cùng với ánh
xạ đối hợp : A A, x x thỏa mãn các tính chất sau:
(i) Với x, y A, , ta có: ( x y ) x y , ( xy ) y x ,
( x) x và ( x ) x .
(ii) Thỏa đồng nhất x* x x
2
2
(điều này tương đương với x x* x ).
Một ánh xạ tuyến tính bị chặn : A B giữa các đại số được gọi là một
đồng cấu nếu với x, y A , ta có ( xy ) ( x) ( y ) và ( x ) ( x) . Từ
đồng nhất ta suy ra bị chặn với chuẩn 1 .
1.1.2 Các ví dụ
(i) Đại số M n () là một đại số nếu xét các ma trận như là các toán tử trên
không gian Euclide n , và dùng chuẩn toán tử f sup f (v) : v n , v 1 cho
các ma trận. Còn ánh xạ đối hợp chính là phép chuyển vị và liên hợp : A A .
(ii) Không gian () các toán tử tuyến tính bị chặn trên không gian Hilbert
là một đại số với ánh xạ đối hợp : x x là toán tử phụ hợp của toán tử
x : .
(iii) Xét không gian Hausdorff compact địa phương X , không gian C0 ( X ) các
hàm liên tục nhận giá trị phức trên X triệt tiêu ở vô cùng làm thành một đại số
giao hoán với phép nhân, phép cộng và phép đối hợp theo từng điểm. C0 ( X ) có đơn vị
nhân khi và chỉ khi X compact. Tuy nhiên trường hợp X Hausdorff compact địa
phương thì C0 ( X ) vẫn có phần tử đơn vị xấp xỉ như sau: Xét tập định hướng các tập
con compact của X , với mỗi tập compact K ta ký hiệu f K là hàm đồng nhất 1 trên
K . Các hàm như vậy tồn tại theo định lí mở rộng Tietze và X luôn được phủ bởi các
tập compact K như thế, ta gọi { f K }K là phần tử đơn vị xấp xỉ của đại số C0 ( X ) .
Ta có kết quả quan trọng về các đại số như sau:
Định lí Gelfand Naimark. A là một đại số giao hoán có đơn vị nếu và chỉ
nếu A C ( X ) , đại số các hàm phức liên tục trên không gian Hausdorff compact
X . Và A là một đại số nếu và chỉ nếu A đẳng cấu với một đại số con đóng
của () , đại số các toán tử bị chặn trên một không gian Hilbert .
(iv) Xét là không gian Hilbert vô hạn chiều khả tách. Đại số k ( ) các toán
tử compact trên là một đại số con đóng với chuẩn của đại số () . k ( )
cũng đóng với phép đối hợp nên nó cũng là một đại số.
1.1.3 Tích xiên (xem [4, tr.175 177])
Cho A là một đại số, H là nhóm Lie compact địa phương và
: H AutA là một tác động liên tục của H lên A . Tức là với mỗi h H ,
h AutA là một tự đẳng cấu của A và với mỗi a A , ánh xạ h h (a ) liên tục
theo chuẩn. Khi đó, ta xác định một đại số A A H gọi là tích xiên của A và
H bởi tác động như sau:
Xét không gian véctơ Cc ( H , A) (các hàm phức liên tục có giá compact từ H
vào A) với phép nhân và phép đối hợp như sau ( dh là độ đo Haar trái trên H ):
f1. f 2 (h) f1 (h1 ). h1 f 2 (h11h) dh1 , với f1 , f 2 Cc ( H , A), h H ,
f (h) (h) 1. h f (h 1 ) , với đồng cấu : H * , d (h 1 ) (h).d (h) .
Khi đó Cc ( H , A) là một đại số. Ta sẽ xây dựng một chuẩn trên Cc ( H , A) .
Một biểu diễn hiệp biến của ( A, ) là một cặp gồm một biểu diễn unita A
của A và một biểu diễn H của H trên một không gian Hilbert sao cho:
H (h). A (a). H (h 1 ) A h (a) , h H , a A
Với mỗi ta định nghĩa một biểu diễn đối hợp của Cc ( H , A) như sau:
( f ) A f (h) . H (h)dh, f Cc ( H , A)
Khi đó ta định nghĩa A là đại số bổ sung của đại số Cc ( H , A) bởi
chuẩn f sup ( f ) : (với là biểu diễn hiệp biến của ( A, ) ).
Tính chất của tích xiên:
(i) Nếu f : A B là một đồng cấu H đẳng biến giữa các đại số, thì
xác định bởi công thức:
A B
nó sẽ cảm sinh một đồng cấu đối ngẫu ˆf :
fˆ (a) (h) f a(h) , với a C ( H , A), h H .
c
j
(ii) Nếu 0 J
A
B 0 là một dãy khớp ngắn (chẻ ra) H đẳng
biến ( H tác động liên tục lên các đại số J , A,B ), thì dãy các tích xiên sau đây
ˆ
j
cũng khớp (chẻ ra) 0 J H
A H
B H 0 .
ˆ
1.1.4 Tích thớ
Cho A1 , A2 , A' là các đại số, i : Ai A ' (i 1, 2) là các
đồng cấu.
đại số A và cặp đồng cấu pi : A Ai (i 1, 2) được gọi là tích thớ (hay còn gọi
là sơ đồ kéo lại) của cặp ( 1 , 2 ) nếu thỏa 2 điều kiện sau:
(i) Có sơ đồ giao hoán:
p1
A
A1
p2
1
A'
A2
2
(ii) Bộ ba ( A, p1 , p2 ) có tính chất phổ dụng, tức là với mọi bộ ba ( B, q1 , q2 ) có
tính chất tương tự và làm cho sơ đồ sau giao hoán:
q1
B
A1
q2
1
A2
A'
2
Thì tồn tại duy nhất một đồng cấu : B A sao cho pi qi (i 1, 2) .
1.2 Một số vấn đề về K lý thuyết
K lý thuyết đại số là một lý thuyết đồng điều suy rộng và việc tìm hiểu K lý
thuyết là một vấn đề không hề dễ dàng. Tuy nhiên, vì mục tiêu của luận văn, ở đây
chúng tôi chỉ trình bày một cách đơn giản nhất việc xây dựng K lý thuyết cho một
đại số. Các ví dụ trong phần này đều là các kết quả cần thiết cho việc tính toán
K lý thuyết của các phân lá trong chương 3.
1.2.1 Phân thớ véctơ (xem [5, tr.4 9])
Một phân thớ véctơ n chiều trên không gian Hausdorff compact X là cặp
( E , p ) gồm không gian tôpô E và ánh xạ liên tục p : E X thỏa các điều kiện sau:
(i) Mỗi x X , thớ E x 1 ( x) trên X có cấu trúc của một không gian véctơ
n chiều.
(ii) Tất cả các thớ được “buộc” với nhau một cách liên tục bởi các tầm thường
địa phương.
Các ví dụ cơ bản của phân thớ véctơ là phân thớ tiếp xúc TM và phân thớ đối
tiếp xúc TM trên một đa tạp compact M , ví dụ TS n1 {( x, v) S n1 n : x.v 0} .
Trong luận văn này chúng ta chỉ xét các phân thớ véctơ phức.
Nếu ( E , p) là một phân thớ véctơ trên X , một nhát cắt của E là một hàm liên
tục f : X E sao cho s ( x) E x , x X . Tập ( E ) các nhát cắt của E có cấu trúc
không gian véctơ một cách tự nhiên với ( s t )( x) s ( x) t ( x) , trong đó tổ hợp
tuyến tính trong vế phải được thực hiện trong không gian véctơ E x . Thực ra ( E ) là
một môđun trên C ( X ) theo cách tự nhiên với ( f .s )( x) f ( x).s ( x) .
Định lí Serre Swan. Nếu ( E , p ) là một phân thớ véctơ trên không gian
Hausdorff compact X , thì ( E ) là một môđun xạ ảnh hữu hạn sinh trên C ( X ) (tức là
tồn tại s1 , s2 ,..., sn ( E ) sao cho ( E ) i 1 C ( X ).si ). Ngược lại, mọi môđun xạ
n
ảnh hữu hạn sinh trên C ( X ) đều có dạng này.
1.2.2 Xây dựng các K nhóm (xem [12, tr.144 154])
Xét A là một đại số có đơn vị, thì một cách tự nhiên M n ( A) cũng là một
đại số có đơn vị, các phép toán đại số là các phép toán thông thường và chuẩn
trên M n ( A) cũng thu được một cách tự nhiên. Do đó, nếu nhúng A () ( đại
số các toán tử bị chặn trên không gian Hilbert ), thì ta có thể nhúng
M n ( A) M n () ( ... ) ( n lần), ta sẽ đồng nhất M n ( A) với “góc Tây
x 0
Bắc” của M n1 ( A) bởi x
.
0 0
Ta ký hiệu Pn ( A) P M n ( A) và U n ( A) U M n ( A) trong đó P ( B ) (tương
ứng U ( B ) ) ký hiệu tập hợp các phép chiếu { p B : p p 2 p} (tương ứng các phần
tử unita {u B : u u uu 1} ) trong một đại số B bất kì.
Xem Pn ( A) và U n ( A) theo thứ tự bao hàm trong Pn1 ( A) và U n1 ( A) qua phép
p 0
u 0
đồng nhất p
và u
, ta lần lượt ký hiệu các tập P ( A) n1 Pn ( A) ,
0 0
0 1
M ( A) n1 M n ( A) và U ( A) n1U n ( A) .
Mọi A môđun xạ ảnh hữu hạn sinh đều có dạng V p { M1n ( A) : p}
với p Pn ( A) và số nguyên dương n , ở đây hiển nhiên A tác động lên V p theo quy
tắc (a. )i a i . Với p, q P ( A) , thì V p Vq (u M ( A) : u u p, uu q ) , khi
đó ta viết p q .
Mệnh đề. Tập thương K 0 ( A) P ( A) có cấu trúc một vị nhóm aben với phép
cộng [ p ] [q ] [ p q ] và có đơn vị là [0] .
Ta đã biết, nếu S là một vị nhóm aben, thì tập {a b : a, b S } các hiệu hình
thức trong S , trong đó (a b c d ) (a d f c b f ), f S , làm thành một
nhóm, gọi là nhóm Grothendieck của S .
Định nghĩa. Nếu A là một đại số có đơn vị, ta định nghĩa:
(i) K 0 ( A) là nhóm Grothendieck của vị nhóm aben K 0 ( A) .
(ii) K1 ( A) là nhóm thương của nhóm U ( A) trên nhóm con chuẩn tắc U ( A)(0)
(thành phần liên thông của phần tử đơn vị trong U ( A) ).
Khi đó K1 ( A) cũng là một nhóm aben với phép toán như sau:
u 0 1 0
[uv] [u ][v]
0 v [u v], u , v U ( A)
0
1
Một số tính chất của các K nhóm:
(i) K i (i 0,1) là các hàm tử hiệp biến từ phạm trù các đại số đến phạm trù
Ab các nhóm aben, tức là nếu Hom( A, B ) là một đồng cấu giữa các đại số,
thì tồn tại các đồng cấu nhóm K i ( ) * : K i ( A) Ki ( B) (i 0,1) thỏa mãn các điều
kiện của hàm tử.
(ii) Một môđun xạ ảnh hữu hạn sinh trên (vành chính) đều được đặc trưng
bởi số phần tử sinh của nó, do đó K 0 () , nên ta có K 0 () . Ta cũng có
U () liên thông đường vì một ma trận unita bất kì trong M n () đều biến đổi được
về ma trận đơn vị I n bằng các phép biến đổi sơ cấp (tức nối được với I n ). Do đó,
U n () U n ()(0) hay K1 () {0} .
a 0
(iii) Nếu : A M n ( A), (a )
, thì * : K i ( A) K i M n ( A) là đẳng
0 0
cấu nhóm.
(iv) Bất biến đồng luân. Nếu { t : t [0,1]} là một họ liên tục các đồng cấu từ A
đến B (tức là tồn tại một đồng cấu a t t (a ) C ([0,1], B) ), thì ( 0 ) (1 ) .
Từ điều này ta suy ra, nếu X ,Y là hai không gian Hausdorff compact đồng luân, thì
hai đại số của chúng đẳng cấu, C ( X ) C (Y ) , nên K i C ( X ) K i C (Y ) .
(v) Đẳng cấu Thom Connes. Nếu n (nhóm Lie trung bình hóa) tác động liên
tục lên đại số A , thì ta có các đẳng cấu nhóm i : Ki ( A) Ki n ( A n ) .
Trường hợp n 1 , ta có i : Ki ( A) Ki 1 ( A ).
Ví dụ. Nếu X là không gian co rút được thì K i C ( X ) K i () . Thật vậy, ta gọi
{ht : t [0,1]} là phép đồng luân với h1 id X , h0 ( x) x0 X , x X .
Xét t : C ( X ) C ( X ), t ( f ) ( x) f ht ( x) , thì 1 idC ( X ) và 0 ( f ) là
hàm hằng f ( x0 ), f C ( X ) . Nếu ta xét ánh xạ nhúng j : C ( X ), j ( ) là hàm
hằng nhận giá trị bằng , và ký hiệu ev0 : C ( X ) , ev0 ( f ) f ( x0 ) , thì ta có các
biểu đồ giao hoán sau:
( 0 )
K i C ( X )
Ki C ( X )
0
C ( X )
C( X )
ev0
j
ev0
id
và
( ev0 )
K i ()
j
( ev0 )
id
K i ()
Vì ( 0 ) (1 ) id , nên từ sơ đồ thứ hai ta thấy ngay j là đẳng cấu và
( j ) 1 (ev0 ) .
Bây giờ ta xét các đại số không có đơn vị A (tương ứng với việc xét các
phân thớ véctơ trên các không gian Hausdorff compact địa phương không compact).
Nếu A là một đại số, thì A A là một đại số có đơn vị với phép nhân và
chuẩn như sau:
( x, ).( y, ) ( xy y x, )
và ( x, ) sup xa a : a A, a 1
Với phép cộng và phép đối hợp theo từng thành phần và đơn vị là (0,1) . Hơn
nữa ánh xạ : A , ( x, ) là một đồng cấu giữa các * đại số có đơn vị và
ker A.
Ví dụ. Xét A C0 ( X ) là đại số các hàm liên tục triệt tiêu ở vô cùng trên một
không gian Hausdorff compact địa phương X , thì A chính là C ( Xˆ ), Xˆ X {} là
không gian compact hóa một điểm của X , và ( f ) f () .
Với đại số không có đơn vị A , ta định nghĩa K i ( A) ker trong đó
: K i ( A ) K i () (i 0,1) .
1.2.3 Dãy khớp 6 thành phần trong K lý thuyết
j
Nếu 0 J
A
B 0
(1.1) là dãy khớp ngắn các đại số, thì
tồn tại một dãy khớp 6 thành phần các K nhóm liên kết với dãy khớp ngắn trên:
j
K1 ( J )
K1 ( A)
K1 ( B )
0
1
(1.2)
j
K 0 ( B )
K 0 ( A)
K0 ( J )
Trong đó, i (i 0,1) được gọi là các đồng cấu nối.
Trường hợp đặc biệt khi dãy khớp trên chẻ ra (tức là tồn tại một đồng cấu
s : B A sao cho s id B ) thì cũng là một toàn cấu, và khi đó cả 2 đồng cấu
nối đều là đồng cấu không. Do đó dãy khớp 6 thành phần trên chẻ ra thành 2 dãy khớp
j
ngắn 0 K i ( J )
K i ( A)
Ki ( B) 0 .
ev0
j
C ([0,1])
0 . Do [0,1]
Ví dụ. Xét dãy khớp ngắn 0 C0 ((0,1])
co rút được nên (ev0 ) : K i C ([0,1]) Ki () , nên từ dãy khớp trên ta có
K i C ((0,1]) {0} (i 0,1) .
j
ev1
C ((0,1])
0 , có dãy khớp 6
Ta xét tiếp dãy khớp 0 C0 ((0,1))
thành phần là:
j
( ev1 )
K1 C0 ((0,1))
0
K1 ()
0
1
( ev1 )
j*
0
K 0 C0 ((0,1))
K 0 ()
Từ đây ta có K i C0 () K i C0 ((0,1)) K i 1 ()
(1.3) .
Tương tự trên, ta áp dụng cho C0 (, A) (các hàm liên tục f : A triệt tiêu
ở vô cùng) ta có kết quả Ki C0 (, A) Ki 1 ( A) .
Áp dụng một cách qui nạp theo n cho A C0 ( n ) ta được kết quả sau:
, neáu n i (mod 2),
K i C0 ( n )
0, neáu n i (mod 2).
j
ev
C ( S n )
0
Tiếp theo, xét dãy khớp ngắn chẻ ra 0 C0 ( n )
(chẻ ra vì tồn tại đồng cấu nhúng : C ( S n ) thỏa ev id ), thì ta có các dãy
khớp ngắn các K nhóm chẻ ra sau:
j
( ev )
0 Ki C0 ( n )
Ki C ( S n )
K i ( ) 0
Do đó ta có K i C ( S n ) Ki C0 ( n ) K i () .
Cuối cùng vì M n () n nên Ki M n () Ki ( n ) Ki () (do qui nạp của
2
2
K1 ( 2 ) K1 () K1 () 0, K 0 ( 2 ) K 0 () K 0 () ), nên ta có kết quả:
neáu i 0,
K i M n ( ) K i ( )
0 neáu i 1.
1.2.4 Dãy khớp Mayer Vietoris (xem [6, tr.16 17])
Xét sơ đồ tích thớ:
p1
A
A1
p2
1
A2
A'
(1.4)
2
Nếu một trong hai đồng cấu 1 , 2 là toàn cấu, thì tích thớ trên sẽ sinh ra
dãy khớp Mayer Vietoris như sau:
1 2
K1 ( A)
K1 ( A1 ) K1 ( A2 )
K1 ( A ')
0
1
(1.5)
1 2
K 0 ( A ')
K 0 ( A1 ) K 0 ( A2 ) K 0 ( A)
Việc tính các đồng cấu 1 2 cho ta thông tin về đại số A .
1.3 KK nhóm của Kasparov (xem [1, tr.64 67])
Giả sử J ,B là các đại số cho trước, J có đơn vị xấp xỉ, còn B hạch và
tách được. Xét các mở rộng đại số dạng 0 J k A B 0 (1.6) .
Lưu ý rằng có một song ánh giữa các mở rộng (1.1) và các mở rộng (1.6) . Mà
các mở rộng dạng (1.6) lại tương ứng 1 1 với các đồng cấu : B ( J k ) từ B
vào đại số đa nhân tử ngoài trên J k , được gọi là bất biến Busby của mở rộng
(1.6) . Ta sẽ đồng nhất mở rộng (1.6) với A cũng như với bất biến Busby của nó.
Hai mở rộng 1 , 2 dạng (1.6) được gọi là tương đương unita nếu có một toán
tử unita u ( J k ) (đại số đa nhân tử trên J k ) sao cho với mỗi x B ta có
2 ( x).u u . 1 ( x) , ở đây u u (mod J k ) . Tổng 1 2 của các mở rộng 1 ,2
được định nghĩa như tổng trực tiếp. Ta ký hiệu:
(i) xt ( B, J ) là tập các lớp tương đương unita các mở rộng dạng (1.6) .
(ii) Sxt ( B, J ) là tập các lớp tương đương unita các mở rộng chẻ ra dạng (1.6) .
Cả hai tập này đều là các nhóm cộng và Sxt ( B, J ) là nhóm con chuẩn tắc trong
xt ( B, J ) .
Định nghĩa. KK nhóm Ext ( B, J ) của Kasparov được định nghĩa là nhóm
thương xt ( B, J ) Sxt ( B, J ) .
Mở rộng gọi là hấp thụ (absorbing) nếu nó tương đương unita với tất cả các
mở rộng 0 , ở đó 0 là một mở rộng chẻ ra bất kì. Ký hiệu Exta ( B, J ) là tập các
lớp tương đương unita các mở rộng hấp thụ.
Mặc dù mỗi mở rộng xác định một phần tử duy nhất của Ext ( B, J ) . Nhưng
mỗi phần tử Ext ( B, J ) không đủ xác định một mở rộng mà chỉ xác định duy nhất
một lớp tương đương unita các mở rộng hấp thụ, tức là một phần tử của nhóm
Exta ( B, J ) . Nói rõ hơn Ext ( B, J ) Exta ( B, J ) .
Tuy nhiên, với mỗi mở rộng dạng (1.6) hoặc (1.1) có duy nhất một mở rộng
hấp thụ 1 sao cho 1 lại hấp thụ. Bởi vậy, một phần tử của Ext ( B, J ) chỉ xác
định cái gọi là “kiểu ổn định” của mở rộng .
Bất biến chỉ số của đại số. Theo trên, mỗi mở rộng dạng (1.1) xác định
duy nhất một phần tử của nhóm Ext ( B, J ) . Ký hiệu index A và gọi là chỉ số của
đại số A.
Ta đã biết mở rộng (1.1) sinh ra dãy khớp 6 thành phần K lý thuyết (1.2) với
cặp đồng cấu nối ( 0 , 1 ) . Theo định lí Rosenberg về hệ tử phổ dụng ta có dãy khớp:
0 Ext1 K 0 ( B ), K 0 ( J ) Ext1 K1 ( B), K1 ( J ) Ext ( B, J )
Hom K 0 ( B), K1 ( J ) Hom K1 ( B ), K 0 ( J ) 0
(1.7)
Trong đó (index A) ( 0 , 1 ) và Ext1 là nhóm các mở rộng thông thường.
Nếu như mở rộng (1.1) có K ( B ) là các nhóm aben tự do, thì các nhóm
Ext1 K i ( B ), K i ( J ) 0 (i 0,1) . Khi đó dãy khớp (1.7) cho ta là một đẳng cấu,
nên ta có thể đồng nhất index A với cặp ( 0 , 1 ) . Nói cách khác chính cặp ( 0 , 1 ) xác
định kiểu ổn định của đại số A . Đặc biệt khi mở rộng (1.1) là hấp thụ, thì ( 0 , 1 )
xác định duy nhất đại số A, sai khác một tương đương unita.
Chương 2
MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ PHÂN LÁ VÀ K LÝ THUYẾT CỦA PHÂN LÁ
Tôpô phân lá xuất hiện một cách tự nhiên từ việc tìm nghiệm của các phương
trình vi phân và các hệ khả tích, và trở thành một lĩnh vực được nghiên cứu độc lập sau
công trình nổi tiếng của Ehresmann và Reeb. Kể từ đó lý thuyết phân lá không ngừng
được phát triển và trở thành một ngành toán học khá phong phú bởi Reeb (1952),
Haefliger (1956), Novikov (1964), Thurston (1974), Molino (1988) và đặc biệt là Alain
Connes với công trình xây dựng đại số liên kết với phân lá.
2.1 Một số vấn đề về tôpô phân lá
Mục tiêu của phần này là cung cấp cho độc giả một số kiến thức mở đầu về đa
tạp phân lá, và ví dụ mà chúng tôi dùng thường xuyên để minh họa cho các khái niệm
ở đây là phân lá Kronecker. Phần lớn nội dung ở đây được tham khảo từ [1], [11].
2.1.1 Định nghĩa phân lá (xem [1, tr.41 42])
Cho V là đa tạp vi phân n chiều, TV là phân thớ tiếp xúc trên V , F là phân
thớ con k chiều của TV ( F còn được gọi là phân bố k chiều trên V ). Phân thớ F
được gọi là khả tích nếu một trong bốn điều kiện tương đương sau đây thỏa mãn:
(i) Mỗi x V , tồn tại đa tạp con k chiều W của V , sao cho x W: Fy TyW ,
với y W , ở đó Fy là thớ trên y của F .
(ii) Mỗi x V , U V , U mở chứa x , và một phép ngập p : U nk thỏa
mãn Fy ker p y , y U . Tập U được gọi là tập con mở đơn .
(iii) C ( F ) { X C (TV ) : X x Fx , x V } là một đại số Lie.
(iv) Ideal J ( F ) các dạng vi phân ngoài trơn, triệt tiêu trên F ổn định với phép
lấy vi phân ngoài.
Tập W trong (i) được gọi là một đa tạp con tích phân của phân bố F đi qua
điểm x V . Mỗi phân bố khả tích k chiều F trên V được gọi là phân lá (trơn) k
chiều (đối chiều n k ) trên V , ký hiệu là (V , F ) ; V được gọi là đa tạp phân lá. Mỗi
đa tạp con liên thông đường tối đại của F trong V được gọi là một lá của phân lá
(V , F ) . Mỗi lá là một đa tạp con dìm k chiều của V , ta cũng ký hiệu tập các lá này
bởi chính ký hiệu F .
Một tập con A của đa tạp phân lá V được gọi là bảo hòa đối với phân lá (V , F )
nếu A là hợp của các lá.
Cho T là một đa tạp con dìm của V , có số chiều bằng đối chiều của phân lá
(V , F ) , T được gọi là tập con hoành (hay tập hoành) của phân lá (V , F ) , nếu tại mỗi
x T ta có TxV TxT Tx Lx , trong đó Lx là lá chứa x .
2.1.2 Các ví dụ
Ví dụ 1. Xét hàm số f : (1,1) , x e x
2
1 x 2
1 , V [1,1] và họ
F {L x, f ( x) , x (1,1)} {L , L } , với L {( 1, y ), y } .
Ta sẽ kiểm tra (V , F ) là phân lá 1 chiều. Thật vậy, xét phân bố 1 chiều trên V
(vẫn ký hiệu là F ) như sau: Với ( x0 , y0 ) V , ta định nghĩa trường véctơ:
(1, y0 ), neáu x0 1,
y
2
2
2x
F ( x0 , y0 )
( x0 , y0 )
.e x 1 x . ( x0 , y0 ), neáu x0 (1,1),
2
y
(1 x)
x
(1, y0 ), neáu x0 1.
y
F là một trường véctơ trơn một chiều trên V , do đó tính khả tích của nó là tầm
thường. Hơn nữa, các đường cong tích phân thông thường của trường véctơ này chính
là họ F được xác định như trên. Cần chú ý rằng đa tạp V có biên là hợp của các
đường cong tích phân, đây là một đặc điểm quan trọng của các đa tạp phân lá có biên.
Như vậy F xác định một phân bố trơn một chiều trên V , và theo định nghĩa ta
có (V , F ) là một phân lá 1 chiều, đối chiều 1 (Hình 2.1 ).
1k
x 1
x 1
1
0
Hình 2.1
1k
1
0
Hình 2.2
Hình 2.3
Ví dụ 2 (Phân lá Kronecker). Xét M {( x, y ) : x [0,1], y [0,1]} , phân hoạch
M thành P ( M ) họ các đoạn thẳng song song có hệ số góc k (ta chỉ cần xét k 0 ).
Đồng nhất các biên đối diện của M ta thu được xuyến 2 . Khi đó mỗi họ các đoạn
thẳng của P ( M ) “nối được” với nhau (tức điểm cuối của đoạn này đồng nhất với điểm
đầu của đoạn kế tiếp) sẽ tạo thành một lá trên 2 . Tức ta thu được một phân lá trên
2 , phân bố khả tích 1 chiều xác định phân lá này là ảnh của trường véctơ song song
X (1, k ) qua phép đồng nhất trên.
Nhận xét. Nếu k m n , (m, n) 1 (Hình 2.2 ) thì mỗi lá của phân lá trên là
hợp khép kín của m đoạn trong P ( M ) . Vì qua mỗi lần đồng nhất sẽ “nhích” được một
đoạn 1 k n m (để “nối” được khép kín thì ta cần phải nhích một khoảng nguyên),
nên sau m vòng thì sự nối đuôi được lặp lại. Do đó trường hợp này mỗi lá đều đồng
phôi với S 1 (là một đường khép kín quấn quanh 2 m vòng).
Nếu k (Hình 2.3 ), thì quá trình nối đuôi sẽ diễn ra vô hạn không lặp lại (vì
với mọi số nguyên n , thì n k ). Do đó mỗi lá đều đồng phôi với (quấn
quanh 2 một cách vô hạn) và trù mật trong 2 .
2.1.3 Kiểu tôpô phân lá
Cho (Vi , Fi ) là các phân lá ki chiều trên các đa tạp ni chiều Vi (i 1, 2) . Hai
phân lá (V1 , F1 ),(V2 , F2 ) được gọi là cùng kiểu tôpô phân lá nếu tồn tại phép đồng phôi
f :V1 V2 biến mỗi lá L F1 thành lá f ( L) F2 .
Nhận xét. Vì phép đồng phôi bảo toàn số chiều của đa tạp, nên hai phân lá cùng
kiểu tôpô thì chúng cùng chiều và đối chiều. Ta có, quan hệ cùng kiểu tôpô là quan hệ
tương đương và trong nghiên cứu tôpô phân lá, hai phân lá cùng kiểu tôpô được xem là
một (tức là xét không gian các lớp tôpô phân lá với quan hệ tương đương trên).
Ví dụ. Tất cả các phân lá Kronecker ứng với k đều cùng kiểu tôpô với
nhau, và cùng kiểu với phân lá S 1 { }
S
1
của 2 .
2.1.4 Không gian lá
Định nghĩa. Cho (V , F ) là một phân lá, không gian V F nhận được từ V sau
khi dán mỗi lá thành một điểm (tức là không gian thương của V trên quan hệ tương
đương thuộc cùng một lá) được gọi là không gian lá của phân lá đã cho. Rõ ràng, hai
phân lá cùng kiểu tôpô thì các không gian lá của chúng đồng phôi với nhau.
Ví dụ. Ta xét ví dụ 1, rõ ràng về mặt tập hợp V F {} {} . Gọi
p : V V F là phép chiếu tự nhiên, khi đó tập G V F là tập mở khi và chỉ khi
p 1 (G ) mở trong V .
Trường hợp 1. G {} {} V F . Tức là xem như là không gian
con của V F với tôpô cảm sinh (trùng với tôpô thông thường trên ).
Khi đó, G mở với tôpô thương trong V F khi và chỉ khi G mở thông thường
trên .
Trường hợp 2. G A {} V F , A .
( G mở trong V F ) ( p 1 (G ) p 1 ( A) L mở trong V)
( p 1 ( A) L là lân cận mở của L trong V )
( p 1 ( A) chứa trọn vẹn một đường thẳng nào đó song song với L trong V )
A G {} .
Trường hợp 3. G A {} hoặc G A {} {}, A , lập luận tương tự
trường hợp 2 ta cũng có A .
Kết luận. V F {} {} với tôpô gồm các tập G mở như sau: G mở
thông thường trong , G {}, G {}, G V F .
Nhận xét. Không gian lá V F không Hausdorff vì {} và các điểm thuộc là
không tách được.
Ta xét phân lá Kronecker trên 2 . Khi k , nó cùng kiểu phân lá với phân lá
S
1
{ }
S1
, nên không gian lá của nó là S 1 với tôpô thông thường trên S 1 (tức tôpô
cảm sinh từ tôpô thông thường trên ).
Còn khi k , thì không gian lá về mặt tập hợp là một tập vô hạn điểm rời rạc,
còn tôpô chỉ là tôpô thô.
2.1.5 Hai kiểu phân lá điển hình
Phân lá cho bởi phân thớ. Xét phân thớ p : V B , ta bảo phân thớ này khả vi
lớp C r (0 r ) , nếu V và B là hai đa tạp khả vi lớp C r và p là ánh xạ khả vi
lớp C r , ta có kết quả: Mỗi phân thớ khả vi p : V B đều xác định một phân lá trên V
mà mỗi lá là và chỉ là một thớ. Không gian lá trong trường hợp này chính là không
gian đáy B (có tôpô tốt).
Cho (V , F ) là một phân lá, phân lá (V , F ) được gọi là cho bởi phân thớ nếu tồn
tại một phân thớ khả vi p : V B sao cho mỗi lá là và chỉ là một thớ của phân thớ này.
Theo trên ta có V F B.
Phân lá cho bởi tác động của nhóm Lie. Cho (V , F ) là một phân lá, và H là
một nhóm Lie. Nếu H tác động liên tục lên đa tạp phân lá V sao cho mỗi lá là và chỉ
là một H quĩ đạo, thì phân lá (V , F ) được gọi là cho bởi tác động của nhóm Lie H .
Khi đó, không gian lá V F chính là không gian V H các H quĩ đạo.
2.1.6 Phân lá đo được (xem [1, tr.44 45])
Xét phân lá (V , F ) và T là một đa tạp con hoành của phân lá (V , F ) . Khi đó ta
có thể chọn một bản đồ phân lá (U , ) quanh mỗi p T sao cho các tấm trong U
tương ứng 1 1 với các điểm của T U , tức là mỗi tấm trong U cắt T tại một và chỉ
một điểm. Một tập con Borel B của đa tạp phân lá V được gọi là tập hoành Borel nếu
với mỗi lá L của phân lá thì tập B L đếm được. Chú ý rằng mỗi tập hoành Borel đều
là hợp đếm được của các tập hoành Borel B kiểu sau: Tồn tại đơn ánh : B T từ B
vào một đa tạp con hoành T nào đó sao cho ( x) thuộc lá chứa x với mỗi x B .
Định nghĩa. Một độ đo hoành đối với phân lá (V , F ) là một ánh xạ cộng
tính B ( B ) từ họ các tập con hoành Borel của V đến [0, ] thỏa các tiên đề sau:
(1 ) Nếu : B1 B2 là song ánh Borel và ( x) thuộc lá chứa x (x B1 ) thì
( B1 ) ( B2 ) (tính đẳng biến Borel).
( 2 ) ( K ) nếu K là tập con compact của một đa tạp con hoành.
Phân lá (V , F ) cùng với một độ đo hoành được gọi là phân lá đo được.
2.1.7 Holonomy lá (xem [11, tr.22 27])
Holonomy lá là một bất biến cơ bản mô phỏng tính phức tạp toàn cục của một
phân lá.
Xét L là một lá của phân lá (V , F ) và T , T ' là hai tập con hoành lần lượt đi qua
hai điểm x0 ,x0 ' của lá L . Mục tiêu của ta là xây dựng một ánh xạ địa phương từ T
đến T ' bảo toàn tính thuộc lá của mỗi điểm. Khó khăn của ta ở đây là các lá gần L
qua x T có thể không cắt T ' hoặc cắt T ' nhiều hơn một điểm.
Trước tiên ta xét trường hợp phân lá đơn cho bởi phép ngập p : V B (tức
Fx kerp x ,x V ), vì p ( x0 ) p( x0 ') y0 B . Nên p sẽ cảm sinh các etale ánh
xạ (tức là ánh xạ có ánh xạ tiếp xúc đơn ánh tại mọi điểm) từ các đa tạp hoành đến B .
Do đó, tồn tại các lân cận mở v,v' theo thứ tự của x0 ,x0 ' trong T ,T ' sao cho
p : v p (v), p : v ' p (v ') là các vi phôi. Khi đó, bằng cách thu hẹp v,v' sao cho
p (v) p (v ') , ta thu được một vi phôi : v v' bảo toàn tính thuộc lá của mỗi điểm,
và được gọi là trượt dọc các lá. Bây giờ với một phân lá tổng quát ta sẽ xây dựng
một xích các tập mở đơn từ x0 đến x0 ' .
Để làm điều đó trước tiên ta chọn một đường liên tục :[0,1] L , (0) x0 ,
(1) x0 ' . Lấy t0 0 t1 t2 ... tk 1 là một phân hoạch của [0,1] sao cho: Với
mỗi i (i 1, k ) thì ([ti 1 , ti ]) chứa trong một tập con mở đơn U i của V (điều này có
được do tính compact của ([0,1]) và phủ {U (t ) }t[0,1] các tập con mở đơn của nó).
Khi đó ta có được một xích các tập mở đơn {U1 ,...,U k } phủ . Vì ([ti 1 , ti ]) liên
thông nên nó nằm trong một tấm của U i . Với mỗi i , ta gọi Ti là một tập con hoành của
U i đi qua xi (ti ) (i 1, k 1) , ta cũng viết T T0 ,T ' Tk .
Như trường hợp phân lá đơn ở trên ta xây dựng được các vi phôi i từ lân cận
mở vi 1 của xi 1 trong Ti (i 1, k ) . Nếu cần thiết ta có thể thu hẹp các vi , khi đó ta thu
được vi phôi k k 1 ... 1 : v0 vk . Rõ ràng không phụ thuộc vào
T1 ,...,Tk 1 , ta ký hiệu mầm của vi phôi này tại x0 là h . Nó là một vi phôi từ mầm của
T tại x0 lên mầm của T ' tại x0 ' . Dễ thấy rằng h cũng không phụ thuộc vào xích mở
đơn {U1 ,...,U k } mà chỉ phụ thuộc vào , chính xác hơn là chỉ phụ thuộc vào lớp đồng
luân [ ] của trong L , h được gọi là ánh xạ holonomy của L tại x0 .
Đặc biệt khi x0 ' x0 , T ' T thì h là một mầm tại x0 của một vi phôi địa
phương của T bảo toàn x0 . Nếu 1 là một loop khác tại x0 trong L và nếu 1 là
tích của hai loop thì h 1 h h1 .
Vì h chỉ phụ thuộc vào [ ] nên tương ứng [ ] h xác định một đồng cấu
nhóm hx0 : 1 ( L, x0 ) Diff x0 (T ) từ nhóm cơ bản của L tại x0 đến nhóm các mầm
của các vi phôi địa phương của T bảo toàn x0 . Khi đó hx0 được gọi là biểu diễn
holonomy của L tại x0 , và nhóm hx0 1 ( L, x0 ) được gọi là nhóm holonomy của lá L
tại x0 . Ta để ý rằng nếu T ' là một tập hoành khác qua x0 thì trượt dọc các lá trong một
lân cận mở đơn tùy ý của x0 , ta có sự đồng nhất chính tắc giữa mầm của T tại x0 với
mầm của T ' tại x0 , do đó đồng nhất Diff x0 (T ) với Diff x0 (T ') . Qua phép đồng nhất
này thì nhóm holonomy của L tại x0 được định nghĩa không phụ thuộc vào T . Do đó
nếu cần, thay vì tính toán trên các mầm của các đa tạp con hoành ta có thể xem
h hx0 ([ ]) như là một mầm của một vi phôi địa phương của một đa tạp thương địa
phương tại x0 .
Ví dụ. Xét phân lá Kronecker. Trường hợp k thì (2 , F ) cùng kiểu tôpô với
phân lá đơn S 1 { }
S1
, mà với mọi phân lá đơn thì trượt dọc các lá theo một
đường bất kì đều xác định một ánh xạ đồng nhất trên mầm của một đa tạp con hoành,
do đó nhóm holonomy của nó là nhóm tầm thường. Trường hợp k thì mọi lá đều
đồng phôi với (đơn liên, có 1 ( L, x0 ) tầm thường), nên nhóm holonomy của nó
tầm thường. Vậy cả hai trường hợp, phân lá Kronecker đều có nhóm holonomy tầm
thường. Một phân lá có nhóm holonomy tầm thường ta còn gọi là phân lá không có
holonomy.