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写像空間と評価写像の代数的模型について

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(1)

写像空間と評価写像の代数的模型について

栗林 勝彦 信州大学理学部

1.

CW

複体と同じホモトピー型を持つ空間のホモトピー圏は

,

特異単体的集合関手

S ( )

幾何学的実現関手により単体的集合のホモトピー圏と同値になる

.

しかし関手

S ( )

を用い て代数構造を伴った特異チェイン複体をつくり

,

さらにホモロジーをとることで多くの幾何 学的情報は失われてしまう

.

すなわち一般に

(

)

ホモロジーで空間のホモトピー型を完全 には記述出来ない

.

こうした状況を克服するため

,

一般コホモロジーをはじめ多くの位相不 変量が定義され応用されていることは承知のとおりである

.

一方

,

有理ホモトピー論の成功 を受けて

,

そのアナロジーとして

(

)

チェイン複体レベルに様々な構造を付加して空間を解 析する方法が開発されてきた

.

そこに現れる道具の一つが私達のいう 空間の代数的模型 で ある

.

ここでは空間の代数的模型をいくつか紹介し

,

特に写像空間のオペラド模型

,

有理模 型に関して解説すると共に

,

それら応用の一部を述べる

.

この稿を通じて「空間」は連結な

CW

複体のホモトピー型をもった位相空間を意味する ものとする

.

2.

空間の代数的模型

空間の模型を定義するために

,

ホモトピー論が展開できる圏をまず考える

1 .

定義

2.1.

始対象

φ

をもつ圏

C

を考える

. C

に2つの射の類

W e

Cof

が定義され

,

次の3 つの公理

(C1),(C2),(C3)

をみたすとき

C

をシリンダー圏

[24]

という

. W e, Cof

に属する射 をそれぞれ

' // , // //

と表し

,

弱同値

,

コファイブレーションと呼ぶ

.

(C1) C

の射

f : A B

g : B C

に対して

f , g, gf

のうち2つが

W e

に属すならば残り の射も

W e

に属す

.

さらに

f, g Cof

ならば

f g Cof

である

.

(C2)

i : A B, j : A C

Cof

に属するならば

push-out A

²² j

²² // i // B

j

0

²²

C i

0

// B `

A C

が存在し

, i 0 , j 0

Cof

に属す

.

さらに

j W e

ならば

j 0 W e

である

.

(C3)

任意の射

f : A B

に対して

i Cof , q W e

が存在して

f = qi

となる

2 .

対象

R

からの任意の射

i : R // ' // B

に対して

r : B // R

ri = 1 R

をみたす射が存 在するとき

, R

をファイブラントとよぶ

.

φ A

がコファイブレーションのとき

A

をコ ファイブラントとよぶ

.

Quillen

のモデル圏

[43]

Baues

のコファイバー圏

[3]

はシリンダー圏となることに注意

する

.

1 § 2

の内容は

[24]

で展開された

Hess

の議論に基づいている

.

モデル圏の枠組みからはみ出る圏の中にも

,

間を考察するために有用な

代数的模型

がある

.

これらを統一的に記述する言葉として

Hess[24]

のシリンダー 圏を選んだ

.

2

この分解に関手性は要求されない

.

1

(2)

さてシリンダー圏

C

において

, (C2)

によって得られる重ね合わせ写像

(id+id) : A `

A A

を考える

.

この射に

(C3)

を適用して

,

分解

A `

A // i // IA ' p // A

を得る

.

シリンダー対象と呼ばれる

IA

を用いてホモトピーの概念を定義する

3 .

定義

2.2.

シリンダー圏

C

の2つの射

f, g : A B

に対して

,

シリンダー対象

IA

と射

H : IA B

が存在して

f + g = H i

が成り立つとき

, f

g

はホモトピック

(f ' g)

いう

.

ファイブラントかつコファイブラント対象のなす充満部分圏

C cf

においてホモトピー関係

'

は同値関係になる

[3, II, § 2].

この事実をふまえて

,

空間の模型を次のように定義する

.

定義

2.3. T

を位相空間の圏またはそのある充満部分圏

, C

をシリンダー圏とする

.

このと き多重値函手

M : T → C

でそれぞれのホモトピー圏上で関手

M : h( T ) h( C )

となるも のをモデルという

4 . T

の対象

X,

f

に対して

M (X)(

の一つ

), M (f)(

の一つ

)

をそれぞれ 空間

X

の模型

,

写像

f

の模型 と呼ぶ

.

3.

代数的模型の例

この章ではいくつかのシリンダー圏またはモデル圏に付随して現れる空間の代数的模型 について紹介する

5 .

3.1.

有理模型

.

 有理ホモトピー論は

Q

上の可換微分代数がつくる圏と空間のある充満部 分圏がホモトピー圏として同値であることを主張している

(Sullivan[45]

).

より正確に述 べるため

, Bousfield-Gugenheim[5]

に従い

,

有理微分形式がつくる単体的微分代数

A P L

を用 いて

,

可換微分代数の圏

D

と単体的集合の圏

S

の間の関手

∆ : D →S , Ω : ∆ S → D

∆A := Hom D (A, A P L ), ΩK := Hom ∆ S (K, A P L )

と定義する

.

また空間

X

に対して

, A P L (X) := ΩS (X)

と置く

.

さらに微分代数

A

の幾何学的実現

| A |

を単体的集合

∆A

の幾 何学的実現として定義する

: | A | = | ∆A | .

このとき次の圏の同値を得る

[5].

h( Q

上有限型の連結

,

べき零

,

有理化空間の圏

)

= A

P L

( · )

²²

h( Q

上有限型連結可換微分代数の圏

).

|·| OO

Q

上有限型連結可換微分代数がつくる圏は擬同型

6

からなる類を

W e,

全射微分代数射を

F ib, W e F ib

に対して

LLP(left lifting property)

をもつ射からなる類を

Cof

としてモデ ル圏となる

[5].

また知られているように

, Q

上連結余可換なチェイン余代数の成す圏のホモトピー圏は

Quillen

関手により

Q

上連結微分

(

チェイン

)Lie

代数のホモトピー圏

h(DGL 0 )

と同値であ

.

結果として

,

単連結有理化空間のホモトピー圏と

h(DGL 0 )

は同値になる

[44].

上述の圏の同値性を用いて

,

様々な幾何的概念は代数的なものに翻訳されている

.

例えば ファイブレーションの代数的模型

[21], pull-back

の模型

[46], [47], L-S

カテゴリーの有理模 型的解釈

[16]

などがそれにあたる

.

こうした翻訳が有理ホモトピー論の世界を豊かにしてい るといえる

.

3

モデル圏における左ホモトピーの定義である

.

4

シリンダー圏に対するホモトピー圏

h( C )

C

W e

に関する局所化または

C

cf の通常の

(

位相空間の圏に 対して定義される

)

ホモトピー圏を意味する

[3, (3.6)Proposition], [15, 6.2. Theorem].

5

他にも空間の代数的模型が存在する

. Goerss[18]

は単体的集合のつくるホモトピー圏は単体的余代数のホモ トピー圏と同値であることを示した

.

したがって空間に付随して現れる単体的余代数は空間の模型である

.

6

コホモロジー上で同型となる射

.

2

(3)

3.2. Lie

模型

, Adams-Hilton

模型

.

Dwyer[14], Hess[24]

による

tame

ホモトピー論か

Z

上の

Lie

模型が得られる

.

これはちょうど有理ホモトピー論における

Lie

模型に対応し ている

.

R = { R k } k 0

を環

R k := Z [ n 1 ; 2n k + 2]

からなる系とする

.

単連結

CW

複体の圏にお いて

, W e

π k+1 (f ) R k

が同型である写像

f

からなる類

, Cof

を部分複体の包含写像から なる類として定義するとこの圏はシリンダー圏

CW 1 (R )

をつくる

.

また連結微分

Lie

代数 の圏において

, W e

H k (ϕ) R k

が同型である

Lie

準同型写像

ϕ

からなる類

, Cof

を微分

Lie

代数の自由拡張

L L `

L (V )

からなる類として定義すると

,

シリンダー圏

DGL 0 (R )

が得られる

.

ここで

L (V )

は自由加群

V

から生成される自由

Lie

代数を意味する

. tame

ホモ トピー論は圏同値

M : h(CW 1 (R )) −−−→ = h(DGL 0 (R ))

の存在を保障している

.

一般に

X

がセル構造

X = (pt.) ( S

j J e j ), deg e j > 1

をもつと

M (X)

M (X) = ( L (x j ; j J ), d), deg x j = deg e j 1

という形の微分自由

Lie

代数 であり

,

普遍包絡環関手

U

との合成

U M

Adams-Hilton

模型になるものが選べる

[24].

p

を素数

, S = Z [(p 1)! 1 ]

とする

.

このとき

Anick

による結果

([2, Theorem 8.5])

より

M ⊗ S

p

次元以下の

CW

複体のつくる圏から

S

係数微分

Lie

代数の圏

DGL 0 (S)

へのモ デルになることがわかる

.

Anick[1], Dupont, Hess[12][13]

によりファイブレーションや

pull-back

の代数的模型が

,

Adams-Hilton

模型を用いて構成されていることもここで述べておく

.

3.3. TV-

模型

. 1.1

で述べた

Sullivan

型有理模型の正標数版の一つがここで述べる

TV-

[23]

である

.

体上の結合的微分

(

コチェイン

)

代数の圏において

W e

を擬同型からなる類

, Cof

を自由拡張

A A `

T (V )

からなる類とすると

,

この圏はシリンダー圏

DA

となる

[3,

(7.10) Theorem].

ここで

T (V )

はベクトル空間

V

で生成されるテンソル代数を意味してい

.

単連結空間のホモトピー圏からこのシリンダー圏

DA

のホモトピー圏への関手

(

モデル と呼んだ

)

は存在するが

,

空間のホモトピー圏のどの部分圏と同値になるかは不明である

7 .

M : h( ? ) −−−→ = h(DA).

Munkholm[40]

Eilenberg-Moore

スペクトル系列の退化問題を考察するために

shc-

代数

(strongly homotopy commutative algebra)

の概念を導入した

. shc-

代数

A

とは微分代数で あり

,

さらに

bar

関手

B, cobar

関手

を用いて適切な公理をみたす微分代数の射

µ A : ΩB(A A) ΩB(A)

が存在するものとして定義される

.

大雑把にいって

shc-

代数とはその

を微分代数の圏に 押し込めて考えることが出来る微分代数といえる

8 .

「体上の正規化特異コチェイン複体関手 は位相空間の圏から

shc-

代数の圏への関手である

.

」という

Munkholm

自身の結果から

shc-

代数の重要性を知ることができる

.

Ndombol, Thomas[41]

shc-

代数を

TV-

模型を用いて考察する方法を整理し

, shc-

極小模

型や

shc-formal

の概念を導入した

.

こうして有理ホモトピー論的手法を

shc-

代数の圏におい

ても展開出来るようになった

9 .

その後

shc-

代数模型に同伴した

pull-back

の模型

[29], TV-

模型の具体的計算への応用

[32]

やコホモロジー上の

Steenrod

作用素を生み出す付加構造を 持つ

shc-

代数

, π-shc-

代数の概念

(Ndombol-Thomas[42])

も現れている

.

7

筆者は知らない

8

微分代数が非可換であるとき

,

一般に積を与える射は代数の射にはならないことに注意

. 9

例えば自由ループ空間のコホモロジー環の計算に新手法が導入された

.

3

(4)

3.4.

オペラド模型 

( E -

代数模型

).

 オペラド

E

上の代数のつくる圏

E - A lg

において

W e

を擬同型射

, F ib

を全射

, Cof

W e F ib

の射に対して

LLP

をもつ射として定義すると

E - A lg

はシリンダー圏の定義のうち

(C1), (C3)

をみたし

10 , (C2)

, A

がコファイブラント であれば成立する

11 .

結果

, ( E - A lg) c = ( E - A lg) cf

上でホモトピー関係は同値関係となり

,

モトピー圏が定義できる

12 .

E

F p

上の

E

オペラド

(

後述

) E F p

とするとき

, Mandell

p-adic

ホモトピー論

[38]

,

位相空間のつくる圏のある充満部分圏が

E - A lg

のある充満部分圏に同値であるとを保障 している

13 .

これは次のようにまとめることが出来る

.

h(

有限

p-

型の連結

,

べき零

, p-

完備化空間の圏

)

= C

( · ; F

p

)

²²

h(E F p - A lg

のある充満部分圏

)

|·|

OO

C ( ; F p )

F p

係数の正規化特異コチェイン複体関手である

.

また幾何学的実現

| · |

を与え る関手は有理ホモトピー論で用いた関手と同様に定義される

.

具体的には

,

単体的微分代数

A P L

の代わりに単体的

E F p -

代数

C (∆[ ]; F p )

を用いて

| A | := Hom E−A lg (A, C (∆[ ]; F p ))

で与えられる

14 .

Mandell

のこの定理は

E

オペラド

E F p

のとり方に依らず成立する

.

したがって解析し

たい空間の性質に従いオペラドを使い分けることも可能であるが

,

空間の性質とオペラドの関 係は明らかになっていないようである

.

また

, n

次元球面のオペラド模型は

Berger, Fresse[4]

により

,

ファイブレーションの模型は

Chataur[10]

により構成されているが

,

一般にオペラド 模型の構造は複雑なため有理模型のようにこの模型を具体的計算に応用することは難しい

.

4.

写像空間のオペラド模型と

BPS

スペクトル系列

この章ではオペラド上の代数を思い出し

,

写像空間のオペラド模型とそれに同伴するスペ クトル系列とその性質を述べる

.

特に断らない限り微分代数は体

K

上で定義されているも のとする

.

以下でオペラド上の代数の定義を簡単にまとめる

.

定義

4.1. E = {E (r) } r 0

K -

オペラドとは次のデータからなる

. (1)

E (r)

は体

K

上のチェイン複体であり、対称群

Σ r

の右作用をもつ

.

(2)

写像

γ : E (k) ⊗ E (r 1 ) ⊗ · · · ⊗ E (r k ) → E (r 1 + · · · +r k )

が定義されそれらは単位的

(unital),

結合的

,

対称群の作用を保つ

15 .

4.2. (The endomorphism operad) (V, d)

K

上の微分加群とする

.

微分加群

End V (n)

End V (n) := Hom K (V n , V ), δf = df ( 1) deg f f d

と定義する

.

さらに

γ : End V (r) End V (i 1 ) ⊗ · · · ⊗ End V (i r ) End V (i 1 + · · · + i r )

γ(α, β 1 , ..., β r ) = α (β 1 ⊗ · · · ⊗ β r )

と定めると

End V := { End V (n) }

はオペラドになる

.

定義

4.3.

オペラド

E = {E (r) } r 0

において各

E (r)

が自由

K [Σ r ]-

加群かつ

acyclic

であると

E

E -

オペラドという

.

定義

4.4. E

をオペラド

, A

を微分加群

(

コチェイン複体

)

とする

.

オペラドの射

E → End A

が存在するとき

, A

E -

代数と呼ぶ

.

10 [38, Proposition 2.6]

から従う

11 [38, Corollary 2.9]

[15, 3.14 Proposition (ii)]

の証明から従う

. 12

オペラド上の代数については

§ 4

で簡単に述べる

.

13

ここでいう

E - A lg

の充満部分圏の範囲も明確にされている

[38, Characterization Theorem].

14

ここで

∆[ ]

は標準的単体的集合

∆[n] := Hom

( , [n])

で定義される余単体的単体的集合である

. 15

詳細は例えば

[28]

参照

4

(5)

FACT ( McClure-Smith[39], Berger-Fresse[4] 16 ) C ( ; K )

を単体的集合の体

K

係数の正 規化特異コチェイン複体関手とする

.

このとき

E K -

オペラド

E

,

任意の単体的集合

X

対して

C (X; K )

E

上の代数にするものが存在する

.

特に

C ( ; K )

は単体的集合の圏か

E

上の代数の圏への関手になる

:

C ( ; K ) : ∆ S −−−→ E - A lg.

以下では

F (X, Y )

により空間

X

から

Y

への連続写像全体にコンパクト開位相をいれた

空間または

,

単体的集合

X

から

Y

への射がつくる単体的集合

17

を表すものとする

.

写像空間のオペラド模型を述べる前に

,

ここで

Lannes

関手がテンソル積関手の左随伴関 手であることを思い出す

.

Hom E - A lg (( : B) E - A lg , D) = Hom E - A lg ( , B D)

定理

4.5. (Fresse [17] 18 , Chataur-K[11, Theorem 1.3]) Y

n-

連結

,

有限

p-

19 ,

べき零単 体的集合とし

, X

を非退化元が有限な単体的集合で

n dim X

をみたすものとする

.

この とき圏

E - A lg

において次が成り立つ

:

C ( F (X, Y ); F p ) quasi-iso ' ( E (V ) :C (X; F p )) E -Alg

ただし

, E (V ) ' C (Y ; F p )

Y

のコファイブラント模型

(cofibrant replacement )

である

. E (V )

の単体的分解を利用したとしても

,

一般に

Lannes

関手を計算することは難しい

.

こで

通常の定石

どおりスペクトル系列を構成する

.

定理

4.6

で述べるスペクトル系列は

, Bousfield, Peterson, Smith[6]

により有理ホモトピー論を用いて構成された

BPS

スペクトル 系列の正標数版である

.

mod p BPS

スペクトル系列を述べる前に

,

一般

Steenrod

代数を思い出す

.

作用素

(

)P s

p > 2

のときは

βP s , s Z

により生成される結合的自由代数の

Adem relations

で生成さ れる両側イデアルによる剰余環を

B

と表して

,

拡大

Steenrod

代数とよぶ

. Mandell

の結果

[38, Theorem 1.4]

により

B /(Id P 0 )

は通常の

Steenrod

代数

A

と一致することに注意す

.

以下

B

上の非安定

F p -

代数の圏を

K - F p

と表す

.

またこの章では

F p -

係数コホモロジーを

H ( )

と表す

.

定理

4.6. [11, Theorem 1.4]

定理

4.5

の仮定の下

, H ( F (X, Y ))

に強収束する第

2,3

象限型 スペクトル系列

{ E r , d r }

が存在して次をみたす

:

E 2 s, = L s (H (Y ) : H (X)) K - F

p

.

さらに

{ E r , d r }

X

Y

に関して自然である

.

ただし

, L s ( : H (X)) K - F

p は圏

K - F p

Lannes

関手

( : H (X)) K - F

p

s

次左導来関手を意味する

.

定理

4.7. [11, Theorem 1.5] A

B

を有限型の非安定

A -

代数とする

.

このとき任意の

s

対して

, L s (B : A) K - F

p

L s (B : A) S - F

p

B -

加群として同値

.

この定理の系として

,

先の

mod p BPS

スペクトル系列は第

2

象限型となることがわかる

.

さらに次を得る

.

命題

4.8. [11, Theorem A.7] mod p BPS

スペクトル系列

{ E r , d r }

は微分代数構造をもち

,

さらに

B

上の

(

したがって

A

上の

)

非安定加群の構造を持つ

.

すなわち

(1) β ε P i d r = ( 1) ε d r β ε P i ,

16 Eilenberg-Zilber

オペラド

Z (the “endomorphism operad” [25])

C

(X )

に作用する

.

さら

E

-

オペラドである

Barratt-Eccles

オペラド

E

から

Z

へのオペラド写像が存在する

[4]: E (r) :=

C

(the bar construction of Σ

r

) → Z (r) := Nat(C

( )

r

, C

( )) 17 F (X, Y )

= Hom

S

(X × ∆[ ], Y )

と定義される

.

18 Fress

による

F (X, Y )

F

p上のオペラド模型は各

π

i

(X)

が有限群であることを仮定して構成されている

. 19 mod p

コホモロジーが各次元で有限次元

5

(6)

(2)

任意の作用素

β ε P i ∈ B

に対して

β ε P i : E r s,t E r s,t+2i(p 1)+ε , (3) Cartan formula

が成立する

.

さらに

{ E r , d r }

は代数として

, B -

加群として

H ( F (X, Y ))

に収束する

.

スペクトル系列の淵準同型写像

(edge homomorphism)

に関連し重要な結果がある

.

命題

4.9. [11, Proposition 4.6]

定理

4.5

の仮定の下

,

評価写像の誘導写像

ev 0 : H (Y ) H ( F (X, Y )))

mod p BPS

スペクトル系列

{ E r , d r }

の淵準同型写像

(edge homomorphism)

を挟んで分解する

,

すなわち次の図式は可換である

:

H (Y ) ev

0

//

θ ²²

H ( F (X, Y )) E 2 0, = L 0 (H (Y ) : H (X)) K - F

p

// // E 3 0, // // · · · // // E 0, .

OO

E 2 0,

から

H ( F (X, Y ))

に向かう淵準同型写像は非安定

B -

代数の射であることがわかる

[11, Remark 4.7].

こうして原理的には

H ( F (X, Y ))

の非安定

B -

代数構造を

Lannes

関手を 用いて部分的に調べることができる

[11, Theorem 6.4, Example 6.7].

  

5.

写像空間と評価写像の有理模型

私達は写像空間の

E -

代数模型を手に入れた

.

しかしながらその複雑さのために

,

現在の ところ自由に使いこなすことが出来ない

20 .

ところで

Lannes

関手から得られるこの代数模 型は実際どのような問題に適用可能であろうか

. Brown, Szczarba[7]

は有理ホモトピー論内

Lannes

関手を用いることにより写像空間の有理模型を構築した

(

加えて

[6], [20]

も参照

).

したがって先の問いに対する解答を得るために

,

この有理模型に注目することは自然である

.

この章と続く章では写像空間の有理模型を用いて近年得られた結果を紹介する

.

V

を次数付きベクトル空間

V

により生成される自由可換代数とする

.

すなわち偶数次数 の元からなる

V

の部分空間

V even

上の多項式環と奇数次数の元からなる部分空間

V odd

上の 外積代数のテンソル積である:

V = Q [V even ] E(V odd )

連結可換微分代数

A

に対して擬同型

( V, d) ' A

で「任意の

v V

に対し

dv ∈ ∧ V

が分解 元」をみたすものが存在してホモトピーを除いて

(

実際は同型を除いて

)

一意的に定まる

.

なわち

A

の特別なコファイブラント模型が選べる

.

この微分代数

( V, d)

A

の極小模型と 呼び

,

特に

A = A P L (X)

であるとき

( V, d)

を空間

X

の極小模型と呼ぶ

.

F (U, X; f )

f : U X

を含む写像空間

F (U, X )

の連結成分とする

. Brown, Szczarba[7]

による写像空間

F (U, X; f)

の連結成分の有理模型は次のように構成される

.

まず可換微分 代数の圏

D

において

Lannes

関手

( : B) D

を考える

:

Hom D ((A : B) D , C ) = Hom D (A, B C)

Brown, Szczarba[7]

の結果から

A = ( V, d)

が極小であるときは可換代数として

(A : B) D =

(V B )

が成立する

,

ただし

B

B

の双対を表す

21 .

α : A = ( V, d) ' A P L (X)

X

の極小模型

, β : B ' A P L (U )

U

の有限型可換模 型とする

.

さらに次を仮定する

.

dim q 0 H q (U ; Q ) <

または

dim i 2 π i (X) Q < .

(A : B) D

の極小模型

E

をとる

.

連続写像

f : U X

の有理模型から

E

0-

単体

∆(E) 0

に適切な元

u

を定め

[26, Section 3],

この

u

より

[7, Section 6]

の手続きに沿って得られる

E

20 mod p BPS

スペクトル系列の

E

2項を計算する適切な

マシン

もない

.

筆者の力不足

. 21

双対対象の次数は

B

d

= B

dであることに注意

6

(7)

のイデアルを

M f

とする

.

このとき

[7, Theorem 1.5]

の証明から次の図式が可換であること がわかる

(

前頁の仮定は

ξ

が擬同型を証明するときに必要

).

E a minimal '

model

//

π ²² ²²

(A : B) D

adjoint of id

(A:B)

D

// Ω∆((A : B) D ) ' // A P L ( F (X, Y ))

²²

E/M f '

ξ // A P L ( F (X, Y ; f))

こうして

F (X, Y ; f )

の有理模型

E/M f

が得られる

.

これを

F (X, Y ; f )

B-S

模型と呼ぶ

.

定理

5.1. [30][8][26]

写像

m(ev) : A = ( V, d) (E/M f , δ) B

x A

に対して

,

m(ev)(x) = X

j

( 1) τ( | b

j

| ) π r(x b j ) b j ,

と定義する

,

ただし

τ (n) = [(n + 1)/2], r : (A : B ) D E

はレトラクション

, { b j } j

B

基底である

.

このとき

m(ev)

は可換微分代数の射であり

,

かつ次の図式はホモトピー可換で ある

:

A P L (X) A

P L

(ev) // A P L ( F (U, X; f ) × U ) A P L ( F (U, X; f ) A P L (U )

OO '

( V, d)

' α

OO

m(ev) // (E/M f , δ) B

' OO ξ β

特に

, ( V, d)

を基点付空間

(X, )

の極小モデルとするとき

, ι(v) = v 1

で定義される写像

ι : ( V, d) (E/M u , δ)

は評価写像

ev 0 : F (U, X; f ) X; ev 0 (f ) = f ( )

の有理模型である

.

ここで構成した

B-S

模型は決して

絵に描いた餅

ではなく

,

具体的な問題に適用可能であ

.

次章でこれら有理模型を

Gottlieb

群の解析

,

計算に応用する

.

6.

写像空間有理模型の応用

(Gottlieb

)

ev 0 : F (U, X ; f ) X

を評価写像とする

. n

次の

Gottlieb

G n (U, X ; f )

とは次で定義 される

n

次ホモトピー群

π n (X)

の部分群である

.

G n (U, X; f) := Im { ev 0 : π n ( F (U, X ; f )) π n (X) } .

特に

G n (X, X; id X )

G n (X)

と表す

.

この

Gottlieb

G n (X)

は位相不変量でありさらに

,

任意の

n

に対して

G n (X) = 0

なら

, X

をファイバーに持つ任意のファイブレーションが作るホモトピー長完全系列は単完全 列 に分解するという性質をもつ

.

また

,

空間

X

のトーラスランク

22

dim G 1 (X) Q

によ り上から評価されることも知られている

[22].

こうした結果からも

Gottlieb

群はトポロジー において重要な研究対象の一つと考えられる

.

しかしながら

G n ( )

は位相空間の圏から群 の圏への関手にはならない

.

この非関手性が

Gottlieb

群の取り扱いと計算を難しくしている のである

.

一般に

f : G n (U ) G n (U, X ; f )

が成り立つので

, Gottlieb

群の研究において群

G n (U, X; f )

を考えることはごく自然なこと である

[35], [48], [49].

有理

Gottlieb

G n (X) Q

についていえば

, Halperin-F´ elix [16]

による先駆的な仕事が ある

.

これが有理

L-S

カテゴリの仕事の中に現れたことは

Gottlieb

群の応用を論じる上で

22

トーラス

T

k

X

への作用ですべての等方群が有限であるものを考える

(k 0).

このような作用のうち トーラスの最大次数がトーラスランクである

.

7

(8)

非常に興味深い

. Halperin-F´ elix

はこの有理

Gottlieb

群を与えられた空間の有理模型の間の

derivations

全体と同一視することにより考察している

.

近年この解析方法は

Lupton-Smith

[36], [37],

により一般の有理

Gottlieb

G n (U, X; f ) Q

にまで拡張されている

.

しかしな がらこれらの手法は

X

の単連結性を必要とするため

,

基本群の部分空間である

Gottlieb

には残念ながら適用されない

.

私たちの研究手法は写像空間

F (U, X; f )

B-S

模型を基に評価写像の有理模型を具体的 につくり

, X

が有理化空間である場合にそれらを用いて

,

ベクトル空間

G n (U, X; f)

の双対 を考察するというものである

.

この方法は必ずしも

X

が単連結であることを必要としない ため

,

適用範囲は

Lupton-Smith

の手法のそれよりも広い

.

特に

1

Gottlieb

群に関して私 たちが得た結果を次章でまとめる

.

6.1.

結果

. G

を群とする

. Γ 1 G = G

と定義しさらに

, { xyx 1 y 1 | x G, y Γ j 1 G }

で生 成される

G

の部分群を

Γ j G = [G, Γ j 1 G]

と帰納的に定義する

.

このとき

G

の降中心列

G = Γ 1 G Γ 2 G ⊃ · · · ⊃ Γ j G ⊃ · · ·

に対して得られるアーベル群

Γ q G/Γ q+1 G

を以下

q q+1 )G

と表す

.

定理

6.1. [26, Theorem 1.7] f : U X

を連結べき零空間の間の写像とし

,

以下の

(i)(ii)

仮定する

. (i) f

から誘導される

ψ-

ホモトピー空間の間の写像

π ψ 1 (f ) : π ψ 1 (X) π 1 ψ (U )

単射である

. (ii) U

が有限

CW

複体であるかまたは

X

dim i 2 π i (X) <

をみたす有理 化空間

.

このとき

,

(1) (Γ k k+11 (X) ] 6 = 0

をみたすならば任意の

i (i < k)

に対して

, dim ³

Γ i G 1 (U, X; f) ±

Γ i+1 π 1 (X) Γ i G 1 (U, X; f ) ´

Q dim(Γ i i+11 (X) Q 1.

(2) ([π 1 (X), π 1 (X)]/Γ 3 π 1 (X)) ] 6 = 0

ならば

dim

³

G 1 (U, X ; f ) ±

[π 1 (X), π 1 (X)] G 1 (U, X ; f )

´ Q dim H 1 (X; Q ) 2.

上の定理は

Gottlieb

群がホモトピー群の部分群としてどのくらい

小さく

なるのかを意 味している

.

次に具体的計算への応用を述べる

. n

次元トーラス

T n

上の

S 1

バンドル

S 1 X f T n

を考える

.

この分類写像

f : T n K( Z , 2)

H 2 (T n ; Z ) = [T n , K( Z , 2)]

上で

H 1 (T n ; Z )

基底

{ t i } 1 i n

を用いて

,

ρ f = X

i<j

c ij t i t j

と表す

.

さらに

(n × n)-

行列

A f

A f = ¡ c 0 ij ¢

と定義する

.

ただし

c 0 ij = c ij (i < j), c 0 ij = c ji (i > j), c ii = 0

である

.

A f

Q

上に成分を持つ行列と見て

,

その階数を

rankA f

と表す

.

このとき次を得る

.

定理

6.2. [26, Theorem 1.9] G 1 (X f ) = Z (1+n rankA

f

) .

6.2.

証明の概略

.

写像空間

F (U, X ; f )

の模型

E/M f

§ 5

の手続きに沿って構成することで

,

写像空間の連結成分と評価写像の

(

比較的扱い易い

)

模型を同時に手に入れることができる

.

さらに

Gottlieb

群の定義から次の可換図式を得る

.

i i+1 )π 1 ( F (U, X; f ))

ev

²² ²²

ev

,, Y

Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y

M := Γ i G 1 (U, X; f )/(Γ i+1 π 1 (X) Γ i G 1 (U, X; f)) // //i i+1 )π 1 (X).

この図式の双対に

[5]

における基本群の有理ホモトピー論的解釈を適用して定理

6.1

の結果が

,

さらに降中心列を有理ホモトピー論を用いて解析して定理

6.2

の結果が得られるのである

.

8

(9)

7.

結び

写像空間や評価写像の模型に関連して

, § 6

の結果以外の応用を述べて結びとする

. (i) Q

上可換微分代数

A

の反復巡回的ホモロジー

HC (k) (A)

[34]

で定義されている

.

さら

k

連結空間

X

に対して

,

次数つき代数として同型

HC (k) (A P L (X)) = H S

1

( F ( T k , X); Q )

が成り立つ

23 .

この証明には

,

定理

5.1

における評価写像の有理模型および

[9]

で展開された 方法が用いられている

.

(ii)[33]

では

,

基点を保つ写像から得られる写像空間

F (X, Y )

のループ空間への分解定理が

与えられている

. Y

の極小模型と

X

Lie

代数模型を用いて具体的に構成される

B-S

模型

( § 5

参照

)

がその証明で用いられている

.

(iii)[26]

ではさらに

Gottlieb

G (U, X ; f )

π (X)

の真部分群になるための十分条件を

π (X)

上の

検出元

の存在性と関連づけて与えている

.

ここでも定理

5.1

の評価写像模型の 威力が発揮されている

.

上述の定理

6.1,6.2

の証明でも検出元は利用されている

.

(iv)

空間

M

の自己ホモトピー同値写像全体がつくる空間の恒等射を含む連結成分を

aut 1 (M )

とする

. aut 1 (M ) = F (M, M ; id M )

であるから

§ 5

B-S

模型からこの写像空間の有理模 型を作ることができる

. [31]

ではコホモロジーシンプレクティク多様体

(M, a) 24

に対し

, H (B aut 1 (M); Q )

の特性類

Kedra-McDuff µ-

[27] 25

B-S

模型の言葉で記述した

. H (Baut 1 (M ); Q )

に収束する

Eilenberg-Moore

スペクトル系列の計算において定理

5.1

評価写像模型は重要な役割を果たしている

.

さらに私たちが写像空間や付随する空間の持つ正標数的

(

有理ホモトピー論では検出でき ない

)

性質を解析するためには

, § 4

で述べた写像空間のオペラド模型に対して

(1)

連結成分 の代数的模型の構築

, (2)

評価写像のオペラド模型の構成

,

が必要になる

.

これらは今後の課 題である

.

References

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[2] D. Anick, Hopf algebra up to homotopy, J. Ameri. Math. Soc. 2(1989), 417-453.

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[14] W. G. Dwyer, Tame homotopy theory, Topology 18(1979), no. 4, 321-338.

23 S

1

F ( T

k

, X)

への作用は

S

1のトーラスへの対角写像を用いて定義される

. 24 M

2n-

次元閉多様体

, a H

2

(M ; Q )

であり

a

n

6 = 0

をみたす

.

25

普遍

M-

ファイブレーションの全空間のコホモロジー類としての

a

の拡張

e a

があるとき

,

定義により

R

M

e a

n+k

k

Kedra-McDuff µ-

類である

.

9

参照

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