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Als Hirsch-Smale-Theorie (nach den Mathematikern Morris William Hirsch und Stephen Smale) wird im mathematischen Gebiet der Differentialtopologie die Untersuchung der regulären Homotopieklassen von Immersionen bezeichnet.

Eine bekannte Anwendung ist die Umstülpung der Sphäre (engl.: sphere eversion), die in dem populären Video „Outside In“ veranschaulicht wird.

Fortsetzbarkeit von Immersionen: das Hindernis

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Sei   eine Immersion, die sich als Immersion auf eine Umgebung   von   in   fortsetzen lässt, und sei   ihr Differential.

Die Obstruktionsklasse

 

(  bezeichnet die Stiefel-Mannigfaltigkeit und   ihre Homotopiegruppe) ist definiert als die Homotopieklasse von

 

für   und   die Standardbasis von  .

Wenn   zu einer Immersion   der Einheitskugel fortgesetzt werden kann, dann ist  . Man kann   also als Hindernis für die Fortsetzbarkeit der Immersion sehen.

Die Hirsch-Smale-Theorie beschäftigt sich mit der Frage, ob umgekehrt aus   die Fortsetzbarkeit der Immersion folgt.

Satz von Hirsch-Smale

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Wenn   ist, dann kann jede Immersion   mit   zu einer Immersion   fortgesetzt werden.[1]

Dieser Satz gilt als eines der ersten Beispiele eines h-Prinzips.

Anwendungen

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Satz[2]: Für eine glatte Mannigfaltigkeit der Dimension   sind die folgenden Bedingungen äquivalent:

  •   kann in den   immersiert werden.
  • Es gibt eine  -äquivariante Abbildung des Rahmenbündels   in die Stiefel-Mannigfaltigkeit  .

Diese Äquivalenz folgt mit dem Satz von Hirsch-Smale durch Induktion über die Dimension von Untersimplizes einer Triangulierung von  .

Zu den Korollaren dieses Satzes gehören die folgenden:

  • Parallelisierbare  -dimensionale Mannigfaltigkeiten können in den   immersiert werden.
  • Kompakte 3-Mannigfaltigkeiten können in den   immersiert werden.
  • Exotische 7-Sphären können in den   immersiert werden.

Kodimension Null

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Der Satz von Hirsch-Smale gilt nicht für  .

Für   sind präzise Bedingungen für die Fortsetzbarkeit von   bekannt.[3][4][5]

Literatur

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Einzelnachweise

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  1. Theorem 3.9 in Hirsch, op. cit.
  2. Theorem 6.1 in Hirsch, op. cit.
  3. Samuel Joel Blank, Extending Immersions and regular Homotopies in Codimension 1, PhD Thesis Brandeis University, 1967.
  4. V. Poénaru, Extension des immersions en codimension 1 (d'aprés Samuel Blank), Séminaire Bourbaki, Vol. 10, Soc. Math. France (1995), Exp. No. 42, 473–505.
  5. Dennis Frisch, Classification of Immersions which are bounded by Curves in Surfaces, PhD Thesis TU Darmstadt, 2010.