§ 3. Bó
1. Bó các tập hợp
Cho B là một không gian tôpô.
Định nghĩa 1 01NS
Một tiền bó trên B, tương đối với một cơ sở của tôpô trên B, là một hệ xạ ảnh các tập hợp, tương đối với tập hợp chỉ số được sắp thứ tự bởi quan hệ bao hàm.
Nói cách khác (E, III, p. 52), một tiền bó trên B tương đối với là một cặp , cũng được ký hiệu là , trong đó là một họ các tập hợp có làm tập hợp chỉ số và với mỗi cặp các phần tử của sao cho là một ánh xạ từ vào , các ánh xạ này thỏa mãn các điều kiện sau:
(PF) Các quan hệ kéo theo ;
(PF) Với mọi tập hợp mở U là ánh xạ đồng nhất của
Một tiền bó trên B tương đối với tập hợp các tập con mở của B được gọi đơn giản là một tiền bó trên B.
Cho là một tiền bó trên B, tương đối với một cơ sở của tôpô trên B. Cho U là một phần tử của cơ sở . Các phần tử của được gọi là các thiết diện của trên U. Nếu V là một phần tử của cơ sở chứa U và là một phần tử của , thì phần tử của được gọi là hạn chế của trên U. Nếu không có nguy cơ nhập nhằng đối với các ánh xạ , hạn chế của trên U sẽ được ký hiệu là .
Cho là một tập con mở của B và là một cơ sở của tôpô trên sao cho . Tiền bó trên , tương đối với , suy ra từ bằng hạn chế, được gọi là hạn chế của lên và được ký hiệu là , tức hệ xạ ảnh suy ra từ bằng cách hạn chế tập hợp chỉ số xuống (loc. cit.). Khi là một tiền bó trên B và là tập hợp các tập con mở của , tiền bó cũng được ký hiệu là và được gọi là tiền bó suy ra từ bằng hạn chế lên .
Định nghĩa 2 01NT
Cho là một tiền bó trên B. Ta nói rằng là một bó trên B nếu, với mọi tập con mở U của B và mọi họ các tập con mở của B, có hợp là U, các tính chất sau được thỏa mãn:
Ánh xạ là đơn ánh ;
Với mọi họ sao cho
với mọi cặp , tồn tại một phần tử
của sao cho với mọi , ta có .
Nhận xét 01NU
Cho là một tiền bó trên B. Với mọi tập hợp mở U của B, là một ánh xạ từ vào , do đó không rỗng ngay khi tồn tại một tập hợp mở U mà không rỗng. Nếu là một bó, thì là một tập hợp một phần tử; điều này thấy được bằng cách áp dụng và cho phủ của tập rỗng bởi họ rỗng ( ).
Cho là một bó trên B và cho là một tập con mở của B; tiền bó suy ra từ bằng hạn chế lên là một bó, gọi là bó suy ra từ bằng hạn chế lên .
2. Các bó con của một bó
Cho B là một không gian tôpô. Cho là một tiền bó trên B, đối với một cơ sở của tôpô của B.
Giả sử với mọi tập hợp mở , đã cho một tập con của . Nếu ta có với mọi cặp các phần tử của sao cho , thì cặp , trong đó là ánh xạ suy ra từ , là một tiền bó. Một tiền bó như vậy được gọi là một tiền bó con của . Vì các ánh xạ được xác định bởi tiền bó đã cho và họ , nên người ta cũng nói, do lạm dụng ngôn ngữ, rằng họ là một tiền bó con của .
Bây giờ giả sử rằng là một bó trên B và cho, với mọi tập con mở U của B, một tập con của . Để cho là một tiền bó con của , và để cho tiền bó này là một bó, điều kiện sau đây là cần và đủ:
(F) Cho là một họ các tập hợp mở của B, U là hợp của chúng, và là một
phần tử của . Để thuộc , điều kiện cần và
đủ là với mọi trong I thuộc .
Thật vậy, nếu điều kiện (F) được thỏa mãn, ta có với mọi cặp các tập mở của B sao cho và các tính chất và đối với tiền bó con suy ra từ các tính chất tương tự đối với bó . Đảo lại là ngay lập tức.
Khi điều kiện (F) được thỏa mãn, ta nói rằng là một bó con của bó .
3. Ví dụ về các bó
Cho B là một không gian tôpô.
1) Các bó ánh xạ
Cho X là một tập hợp. Với mọi tập mở U của B, ký hiệu bởi tập hợp các ánh xạ từ U vào X (E, II, p. 31). Với mọi cặp các tập mở của B sao cho , đặt là ánh xạ hạn chế . Hiển nhiên cặp là một bó trên B. Nó được gọi là bó trên B của các ánh xạ nhận giá trị trong X, và được ký hiệu bởi .
2) Các bó ánh xạ liên tục
Cho X là một không gian tôpô. Với mọi tập mở U của B, đặt là tập hợp các ánh xạ liên tục từ U vào X. Khi đó, là một bó con của bó theo mệnh đề 4 của TG, I, p. 19. Bó nhận được như vậy được ký hiệu bởi và gọi là bó trên B của các ánh xạ liên tục nhận giá trị trong X. Trong trường hợp riêng khi X được trang bị tôpô rời rạc, bó được gọi là bó trên B của các ánh xạ địa phương hằng nhận giá trị trong X.
3) Các bó tiết diện liên tục
Cho E là một không gian tôpô và cho là một ánh xạ liên tục. Với mọi tập mở U của B, ký hiệu bởi (hoặc khi không thể có sự nhầm lẫn) tập hợp các tiết diện liên tục của trên U. Họ là một bó con của bó . Bó nhận được như vậy được ký hiệu bởi hoặc đơn giản là và gọi là bó trên B của các tiết diện liên tục của B-không gian . Ta sẽ thấy ở no dưới đây rằng mọi bó trên B đều đẳng cấu với bó trên B của các tiết diện liên tục của một B-không gian étalé.
4) Các bó cấu xạ B
Cho và là các B-không gian. Với mọi tập mở U của E, ký hiệu bởi tập hợp các B-cấu xạ từ vào . Họ là một bó con của bó . Bó nhận được như vậy được ký hiệu bởi và gọi là bó trên E của các B-cấu xạ nhận giá trị trong . Khi bằng với , Id, bó này là bó của ví dụ 3.
Với mọi tập mở U của B, đặt là tập hợp các U-cấu xạ
từ vào . Với mọi cặp các tập mở của B sao cho , đặt là ánh xạ mà với một V-cấu xạ
nó gán U-cấu xạ từ vào suy ra từ bằng cách chuyển qua các tập con. Khi đó là một bó trên B. Nó được ký hiệu bởi or và được gọi là bó trên B của các B-cấu xạ từ vào .
Với mọi tập mở U của B, gọi s(U) là tập con của
gồm các U-đẳng cấu của vào . Họ s(U)) là một bó con của bó or các cấu xạ từ vào . Bó do đó thu được được ký hiệu là som và được gọi là bó trên B các B-đẳng cấu từ vào .
5) Các bó các ánh xạ lớp
Cho X và Y là các đa tạp lớp trên một trường K (các quy ước liên quan đến K và là những quy ước của VAR, R). Với mọi tập mở U của X, gọi là tập hợp các cấu xạ lớp từ U vào Y. Họ là một bó con của bó . Bó do đó thu được được ký hiệu là và được gọi là bó trên X của các ánh xạ lớp nhận giá trị trong Y (xem VAR, R, 5.4.2).
6) Các bó các không gian con
Nếu U và V là các tập mở của B sao cho , ký hiệu bởi ánh xạ gán cho mỗi tập con A của V tập hợp . Cặp là một bó, gọi là bó các không gian con của B và được ký hiệu là . Thật vậy, nếu X ký hiệu tập hợp , thì ánh xạ gán cho mỗi tập con A của U hàm đặc số của nó là một song ánh từ lên (E, III, p. 38) ; hơn nữa, nếu U và V là các tập mở sao cho , thì với mọi tập con A của V là hạn chế trên U của để cho được đồng nhất với bó trên B của các ánh xạ nhận giá trị trong X.
Gọi, với mọi tập mở U của B là một tập con của . Để là một bó con của , điều kiện sau đây là cần và đủ:
Cho là một họ các tập mở của B, U là hợp của chúng, và A là một
tập con của U ; để A thuộc , điều kiện cần và
đủ là với mọi trong I, thuộc .
Ví dụ, nếu là tập hợp các tập con đóng của U, thì điều kiện được thỏa mãn.
7) Tích của các bó
Cho là một cơ sở của tôpô của B và I là một tập hợp. Với mọi , cho là một tiền bó trên B đối với cơ sở . Với mọi tập mở , đặt , và với mọi cặp gồm các phần tử của sao cho , ký hiệu bởi ánh xạ . Khi đó là một tiền bó trên B đối với , gọi là tiền bó tích của họ và được ký hiệu . Nó là một bó nếu với mọi là một bó.
4. Cấu xạ của các tiền bó
Định nghĩa 3 01NV
Cho B là một không gian tôpô, một cơ sở của tôpô của B và là các tiền bó trên B đối với . Một cấu xạ của các tiền bó từ đến được gọi là một hệ xạ ảnh các ánh xạ từ đến .
Nói cách khác (E, III, p. 54), một cấu xạ của các tiền bó từ đến là một họ sao cho :
(MPF) Với mọi tập mở U thuộc là một ánh xạ
từ vào ;
(MPF) Với mọi cặp gồm các tập mở thuộc sao cho
, ta có .
Khi và là các bó, một cấu xạ của các tiền bó từ đến cũng được gọi là một cấu xạ của các bó. Nếu và là các tiền bó trên B đối với , các cấu xạ của các tiền bó từ đến tạo thành một tập hợp ký hiệu là Mor(). Thay vì nói : “cho là một cấu xạ của các tiền bó từ đến ”, người ta thường sẽ nói “cho là một cấu xạ của các tiền bó”.
Cho là các tiền bó trên B đối với và cho , là các cấu xạ của các tiền bó. Họ là một cấu xạ của các tiền bó từ vào , được ký hiệu bởi . Họ (Id) là một cấu xạ của các tiền bó từ vào chính nó, được ký hiệu bởi Id.
Để một cấu xạ của các tiền bó là một đẳng cấu, điều kiện cần và đủ là, với mọi tập con mở U của là một song ánh từ lên . Điều đó tương đương với việc nói rằng tồn tại một cấu xạ của các tiền bó sao cho Id và Id.
Cho và là các tiền bó trên B, đối với một cơ sở của tôpô trên B, cho là một tập con mở của B và cho là một cơ sở của tôpô của sao cho . Cho là một cấu xạ của các tiền bó từ vào . Khi đó là một cấu xạ của các tiền bó từ vào , được ký hiệu bởi . Khi là tập hợp các tập con mở của B và là tập hợp các tập con mở của là một cấu xạ của các tiền bó từ vào và cũng được ký hiệu bởi .
Ví dụ 1 01NW
Cho B là một không gian tôpô, cho và là các B-không gian và cho là một B-cấu xạ. Với mỗi tập con mở U của B, định nghĩa ánh xạ bởi . Họ là một cấu xạ của các tiền bó từ vào . Nếu là một B-không gian và là một B-cấu xạ, ta có .
Ví dụ 2 01NX
Cho B là một không gian tôpô, một cơ sở của tôpô trên B, một tiền bó trên B đối với và một tiền bó con của . Với mọi tập mở , ký hiệu bởi đơn ánh chính tắc của vào . Khi đó là một cấu xạ của các tiền bó từ vào . Ta nói rằng là cấu xạ chính tắc từ vào .
Ví dụ 3 01NY
Cho B là một không gian tôpô, một cơ sở của tôpô trên B và I một tập hợp. Với mọi , cho là một tiền bó trên B đối với . Ký hiệu bởi tiền bó tích của họ . Với mọi tập mở , ta có ; với mọi , ký hiệu bởi pr phép chiếu có chỉ số . Theo ngay lập tức từ định nghĩa của tiền bó rằng họ pr = (pr) là một cấu xạ của các tiền bó từ vào . Cấu xạ pr được gọi là cấu xạ chiếu có chỉ số . Với mọi tiền bó trên B đối với và mọi họ , trong đó là một cấu xạ của các tiền bó từ vào , tồn tại một cấu xạ duy nhất của các tiền bó sao cho với mọi , pr.
Ví dụ 4 01NZ
Cho X là một đa tạp vi phân cấp trên và cho là bó trên X của các hàm số trị số cấp . Nếu P là một toán tử vi phân với các hệ số trên X, họ các hạn chế của P trên các tập mở của X là một cấu xạ của bó vào chính nó. Có thể chứng minh rằng ngược lại, mọi cấu xạ -tuyến tính của bó vào chính nó đều địa phương có dạng này (I, p. 142, exerc. 3).
5. Không gian étale liên kết với một tiền bó
Cho B là một không gian tôpô, một cơ sở của tôpô trên B và một tiền bó trên B đối với cơ sở . Gọi L là tập hợp các cặp với U và . Gọi là không gian tổng của họ . Như vậy là tập hợp các bộ ba trong đó . Gọi là quan hệ trên tập hợp được xác định bởi khi và chỉ khi « = và tồn tại W sao cho , W và ». Quan hệ là một quan hệ tương đương trên theo định nghĩa, nó phản xạ và đối xứng; hãy chứng minh rằng nó bắc cầu. Gọi và = là các phần tử của sao cho ta có và . Khi đó ta có = và tồn tại hai phần tử và của chứa sao cho . Gọi W là một phần tử của chứa và được chứa trong . Khi đó ta có ,
và, tương tự, . Do đó, ta có và quan hệ là bắc cầu.
Kí hiệu là tập thương và là ảnh chính tắc trong của một phần tử của . Với và , kí hiệu là ánh xạ . Trang bị cho tập hợp tôpô thương, nghĩa là tôpô mịn nhất để các ánh xạ với và đều liên tục. Ánh xạ pr xác định, sau khi chuyển qua thương, một ánh xạ liên tục : ta có .
Mệnh đề 1 01O0
Ánh xạ B là étale. Do đó, với mọi tập mở và mọi , ánh xạ là một tiết diện liên tục của trên U.
Cho và là các phần tử của L. Theo định nghĩa của quan hệ , tập hợp các điểm của tại đó và trùng nhau là phần trong của tập hợp các sao cho , trong B. Suy ra . Khi đó ta kí hiệu là ánh xạ Id. Tập hợp thu được bằng cách dán các tập mở U dọc theo các nhờ các song ánh (TG, I, p. 16). Theo mệnh đề 9 của TG, I, p. 17, ánh xạ cảm sinh một đồng phôi từ U lên một tập con mở của . Điều này chứng tỏ rằng ánh xạ là étale (I, p. 33, prop 9).
Với mọi tập mở và mọi , ta có với mọi . Do đó mệnh đề thứ hai suy ra từ định nghĩa của .
Định nghĩa 4 01O1
Không gian étalé trên B được định nghĩa ở trên được gọi là không gian étalé trên B liên kết với tiền bó . Với , thớ của tại được gọi là stalk của tiền bó tại và được ký hiệu bởi . Với mọi tập mở , mọi tiết diện của trên U và mọi điểm của U, phần tử của được gọi là mầm tại của tiết diện .
Cho là một điểm của B. Tập hợp các tập mở chứa và có thứ tự bởi quan hệ là lọc được. Từ suy ra, bằng hạn chế của tập hợp chỉ số vào , một hệ quy nạp . Theo định nghĩa (E, III, p. 60), giới hạn quy nạp của hệ này là thương của tập hợp các cặp sao cho và theo quan hệ tương đương R được định nghĩa bởi khi và chỉ khi tồn tại W chứa và được chứa trong sao cho . Vậy giới hạn này được đồng nhất với stalk của tại , theo định nghĩa của giới hạn quy nạp.
Cho là một tiền bó trên B đối với cơ sở và cho là một cấu xạ tiền bó từ vào . Ánh xạ từ vào là tương thích với các quan hệ tương đương và , theo định nghĩa của một cấu xạ tiền bó. Ký hiệu bởi ánh xạ suy ra từ đó bằng cách chuyển qua các thương. Với mọi và mọi , ta có
do đó, ánh xạ là liên tục. Ánh xạ là một cấu xạ B; nó được gọi là cấu xạ B của vào liên kết với cấu xạ của các tiền bó . Với mọi , bằng hạn chế vào các thớ tại , xác định một ánh xạ của thân của vào thân của ; nó được ký hiệu bởi . Nó cũng là giới hạn quy nạp của các ánh xạ (E, III, p. 63), trong đó U chạy qua tập hợp các tập mở thuộc cơ sở và chứa .
Ta có E(Id) Id.
Cho là một tiền bó trên B đối với và cho là một cấu xạ các tiền bó từ vào . Với , ta có
Do đó, ta có . Đặc biệt, nếu là một điểm của B, thì .
Nếu là một đẳng cấu, thì cũng vậy.
Nhận xét 01O2
Cho là một bó trên B đối với cơ sở . Cho là một tập con mở của B, cho là một cơ sở của tôpô của sao cho . Gọi là tiền bó trên đối với cơ sở suy ra từ bằng hạn chế.
1) Khi đó tập hợp là một tập con của và quan hệ tương đương gây ra trên quan hệ tương đương . Do đó suy ra một đơn ánh chính tắc từ vào . Ảnh của nó là vì với mọi phần tử của , tồn tại một phần tử V của sao cho và , và ta có . Ánh xạ là liên tục vì tôpô của là tôpô mịn nhất làm cho các ánh xạ xác định bởi , với và , đều liên tục. Theo hệ quả 2 của Mệnh đề 6 trong I, p. 30, đơn ánh chính tắc từ vào gây ra một B'-đẳng cấu từ lên .
Đặc biệt, khi bằng B là một B-đẳng cấu của các không gian étalé.
2) Cho là một tiền bó trên B đối với cơ sở và cho là một cấu xạ của các tiền bó. Họ là một cấu xạ tiền bó từ vào . Biểu đồ
, trong đó và là các đơn ánh chính tắc, là giao hoán.
Ví dụ 1 01O3
Cho B là một không gian tôpô, là một cơ sở của tôpô của B và F là một tập hợp. Lấy là tiền bó trên B đối với cơ sở được xác định bởi với mọi và = Id với mọi cặp các phần tử của sao cho . Ánh xạ là một B-đẳng cấu của B-không gian lên B-không gian trong đó F được trang bị tôpô rời rạc. Cần lưu ý rằng khi là tập hợp các tập con mở của B, tiền bó trên B chỉ là một bó nếu tập hợp F thu về một điểm (xem I, p. 43, nhận xét).
Ví dụ 2 01O4
Cho B là một không gian tôpô và một B-không gian. Cho là bó trên B gồm các tiết diện liên tục của . Ánh xạ từ vào E là tương thích với quan hệ tương đương . Ánh xạ suy ra từ đó bằng cách chuyển qua thương là một B-cấu xạ; B-cấu xạ được gọi là chính tắc. Ảnh của là hợp của các ảnh của các tiết diện liên tục của trên các tập mở của B. Do đó ánh xạ là toàn ánh nếu là étale (I, p. 33, mệnh đề 9). Mặt khác, ánh xạ là đơn ánh khi và chỉ khi với mọi tập mở U của B và mọi cặp các tiết diện liên tục của trên U, tập hợp các điểm sao cho là mở; điều này đặc biệt đúng nếu là étale (I, p. 34, mệnh đề 11, b)). Do đó, nếu là một B-không gian étale, ánh xạ là một B-đẳng cấu.
Ví dụ 3 01O5
Cho B là một không gian tôpô, một cơ sở của tôpô trên B một tiền bó trên B đối với và một bó con của . Khi đó tập hợp được chứa trong tập hợp và quan hệ tương đương cảm sinh trên quan hệ tương đương . B-cấu xạ liên kết với cấu xạ chính tắc I, p. 48, ví dụ 2) do đó là đơn ánh. Vì và là các B-không gian étale, ánh xạ là mở và thậm chí còn étale (I, p. 30, hệ quả 1), và do đó cảm sinh một đồng phôi từ lên một tập con mở của .
6. Bó liên kết với một tiền bó
Giữ lại các ký hiệu của Số. Bó liên kết với tiền bó là bó gồm các tiết diện liên tục của B-không gian étale liên kết với tiền bó , và được ký hiệu bởi . Với mọi tập mở , ký hiệu là ánh xạ gán cho tiết diện liên tục của trên U. Theo định nghĩa của quan hệ tương đương , họ là một cấu xạ tiền bó từ vào tiền bó . Cấu xạ được gọi là cấu xạ chính tắc của vào .
Chúng ta ký hiệu bởi B-cấu xạ hợp thành của B-đẳng cấu chính tắc , p. 51) và B-cấu xạ . Mặt khác, ta ký hiệu bởi B-đẳng cấu chính tắc (I, p. 52, ví dụ 2).
Mệnh đề 2 01O6
Ánh xạ là B-đẳng cấu nghịch đảo của .
Với và , theo định nghĩa của
do đó . Điều này chứng minh mệnh đề.
Hệ quả 01O7
Với mọi , ánh xạ là song ánh.
Vì là một B-đẳng cấu, điều tương tự cũng đúng với , và được suy ra từ nó bằng cách chuyển qua các thớ tại .
Cho là một tiền bó trên B đối với và cho là một cấu xạ của các tiền bó. Ta ký hiệu bởi cấu xạ của các bó I, p. 48, ví dụ 1), trong đó là B-cấu xạ liên kết với . Với mọi tập mở và mọi , theo định nghĩa, ta có
Vì vậy ta có:
(1) , với mọi . Nói cách khác:
Mệnh đề 3 01O8
Cho B là một không gian tôpô, cho là một cơ sở của tôpô của B, cho là một tiền bó trên B đối với , cho là bó liên kết và cho là cấu xạ chính tắc. Với một bó trên B và một cấu xạ của các tiền bó , tồn tại một cấu xạ duy nhất của các bó sao cho .
Bổ đề 01O9
Cho U là một tập con mở của B và một tiết diện liên tục của trên U. Với mọi điểm của U, tồn tại một tập mở sao cho và , và một phần tử của sao cho .
Cho . Theo định nghĩa của không gian , tồn tại một tập mở sao cho và một phần tử của sao cho . Khi đó và cảm sinh, bằng cách hạn chế, hai tiết diện liên tục của trên bằng nhau tại điểm . Theo Mệnh đề 11, b) của I, p. 34, tồn tại một lân cận mở V của , được chứa trong , thuộc , sao cho và bằng nhau tại mọi điểm của V. Nếu đặt , thì quả thật ta có .
Ta chứng minh mệnh đề. Với mọi tập mở U của B và mọi tiết diện , ký hiệu bởi tập hợp các cặp sao cho và . Theo bổ đề, các tập mở V này tạo thành một phủ của U.
Nếu tồn tại một cấu xạ sao cho , thì với mọi tập mở U của B, mọi tiết diện và mọi cặp , ta có . Điều này chứng minh tính duy nhất của do tính chất của các bó.
Cho U là một tập mở của B và là một phần tử của . Cho và là các phần tử của . Ta có với mọi điểm . Do đó tồn tại một cặp sao cho và . Khi đó ta có
và tương tự,
do đó
Vì tính chất của các bó, do đó ta có
Theo các tính chất và của các bó, tồn tại một phần tử duy nhất sao cho ta có:
(3) với mọi .
Cho là ánh xạ thu được. Từ (3) suy ra ngay lập tức rằng họ là một cấu xạ của các bó và rằng ta có với mọi .
Hệ quả 1 01OA
Cho B là một không gian tôpô, là một tiền bó trên B là bó liên kết và là cấu xạ chính tắc. Để là một bó, điều kiện cần và đủ là là một đẳng cấu.
Nếu là một đẳng cấu, thì là một bó. Ngược lại, nếu là một bó, thì theo mệnh đề 3 tồn tại một cấu xạ sao cho Id. Vì Id là cấu xạ duy nhất sao cho , do đó ta có Id.
Nhận xét 01OB
Cho B là một không gian tôpô, một tiền bó trên B, một bó trên B và một cấu xạ của các tiền bó. Cấu xạ chính tắc là một đẳng cấu theo hệ quả 1. Theo quan hệ (2) của I, p. 54, cấu xạ duy nhất sao cho do đó là .
Hệ quả 2 01OC
Cho B là một không gian tôpô, và là các bó trên B và là một cấu xạ của các bó từ vào . Các khẳng định sau là tương đương:
(i) là một đẳng cấu;
(ii) Tồn tại một cơ sở của tôpô của B sao cho với mọi , ánh xạ là song ánh;
(iii) Với mọi điểm của B, ánh xạ là một song ánh của thân lên thân .
Hệ quả (i)(ii) là ngay lập tức.
(ii)(iii) : xét biểu đồ giao hoán (I, p. 51)
trong đó các mũi tên thẳng đứng là các B-đẳng cấu chính tắc. Nếu điều kiện (ii) được thỏa mãn, thì là một B-đẳng cấu, do đó cũng là một B-đẳng cấu. Các ánh xạ suy ra từ bằng cách chuyển qua các thớ và vì thế là song ánh.
(iii)(i) : dưới giả thiết (iii), ánh xạ là một B-cấu xạ song ánh của các không gian étalé và vì thế là một B-đẳng cấu (I, p. 30, hệ quả 2 của mệnh đề 6). Do đó cấu xạ là một đẳng cấu. Vì và là các bó, các cấu xạ chính tắc và là các đẳng cấu (hệ quả 1) và ta có I, p. 54, quan hệ (2)) do đó là một đẳng cấu.
Chú giải 01OD
Cho B là một không gian tôpô. Với mỗi bó trên B, người ta gắn với nó một không gian étalé trên B (I, p. 50, định nghĩa 4). Với mỗi không gian étalé trên B T, người ta gắn với nó bó trên B gồm các thiết diện liên tục của nó (I, p. 45, ví dụ 3). Một đẳng cấu chính tắc của các bó đã được xác định (I, p. 55, hệ quả 1) và một đẳng cấu chính tắc của các không gian étalé trên B (I, p. 52, ví dụ 2).
Với mọi cặp các bó trên B, một ánh xạ từ tập hợp các cấu xạ của các bó từ vào vào tập hợp các B-cấu xạ từ vào đã được xác định (I, p. 50). Ta có các quan hệ
E(Id) Id.
Với mọi cặp các không gian étalé trên B, một ánh xạ từ tập hợp các B-cấu xạ của T vào U tới tập hợp các cấu xạ bó của vào đã được định nghĩa (I, p. 48, Ví dụ 1). Ta có các hệ thức
(Id) Id.
Với ký hiệu ở trên, các biểu đồ sau là giao hoán:
(4) (5)
, T .
Điều này suy ra từ I, p. 54, công thức (2) đối với biểu đồ thứ nhất, và là một hệ quả ngay lập tức của các định nghĩa đối với biểu đồ thứ hai. Điều này kéo theo rằng với mọi cặp các bó trên B và mọi cặp các không gian étalé trên B, các ánh xạ và được xét ở trên là song ánh.
Các kết quả này cho phép suy ra một mệnh đề về các không gian étalé trên B từ một mệnh đề về các bó trên B, và ngược lại.
7. Ảnh trực tiếp và ảnh ngược của một bó
Cho A và B là các không gian tôpô và cho là một ánh xạ liên tục.
Cho là một tiền bó trên A. Ta định nghĩa một tiền bó trên B như sau: với mọi tập mở U của B, đặt và với mọi cặp các tập mở của B sao cho U , đặt . Khi đó là một tiền bó trên B. Nó được ký hiệu bởi và được gọi là tiền bó ảnh trực tiếp của tiền bó bởi ánh xạ .
Nếu là một họ các tập mở của B, ta có và (E, II, p. 25, Prop. 3 and 4). Lập tức suy ra rằng, nếu có tính chất (resp. ) của các bó (I, p. 43), thì cũng có tính chất đó. Do đó, ảnh trực tiếp của một bó là một bó.
Cho và là các tiền bó trên A và cho là một cấu xạ tiền bó. Khi đó tồn tại một cấu xạ tiền bó duy nhất sao cho với mọi tập mở U của B, ánh xạ là ánh xạ . Nếu là một tiền bó trên A và nếu là một cấu xạ tiền bó, ta có .
Cho C là một không gian tôpô và cho C là một ánh xạ liên tục. Nếu là một tiền bó trên A, thì các tiền bó và trùng nhau. Nếu là một cấu xạ tiền bó trên A, ta có đẳng thức .
Ví dụ 1 01OE
Cho B là một không gian tôpô, A là một không gian con của B và là một tiền bó trên A. Gọi là đơn ánh chính tắc. Khi đó ta có trong đó với mọi tập mở U của B, và với mọi cặp các tập mở của B với .
Bây giờ cho là một tiền bó trên B. Ảnh ngược của tiền bó bởi được định nghĩa là, và được ký hiệu bởi , bó trên A gồm các B-cấu xạ với giá trị trong B-không gian I, p. 45, ví dụ 4). Nó đẳng cấu chính tắc với bó trên A gồm các thiết diện của không gian étalé A (I, p. 9, mệnh đề 3). Từ đó suy ra (I, p. 52, ví dụ 2) một đẳng cấu chính tắc từ không gian étalé liên kết với lên A-không gian . Hơn nữa, nếu là một bó, thì với mọi điểm của A có một song ánh chính tắc với mọi lân cận mở U của trong A và mọi B-cấu xạ , ta có
Cho và là các tiền bó trên B và cho là một cấu xạ của các tiền bó. Bằng thay đổi cơ sở của cấu xạ các B-không gian étalé ta thu được một cấu xạ của các A-không gian étalé , do đó một cấu xạ của các bó trên A. Cho là một tiền bó trên B và cho là một cấu xạ của các tiền bó. Khi đó có đẳng thức .
Cho C là một không gian tôpô và cho C là một ánh xạ liên tục. Nếu là một tiền bó trên C, thì các bó và được đồng nhất một cách chính tắc (I, p. 5). Nếu là một cấu xạ của các tiền bó trên C, thì hơn nữa ta có .
Nhận xét 01OF
Cấu xạ chính tắc ở I, p. 53 tương ứng, theo ngôn ngữ các không gian étalé, với đẳng cấu của mệnh đề 2 ở I, p. 53. Suy ra rằng là một đẳng cấu. Đặc biệt, nếu A = B và Id, thì tiền bó là bó .
Ví dụ 2 01OG
Cho B là một không gian tôpô và A là một không gian con của B. Cho ký hiệu đơn ánh chính tắc. Với mọi bó trên B, ký hiệu là bó , và nói rằng là bó trên A cảm sinh bởi bó . Bó được đồng nhất với bó gồm các thiết diện của không gian étalé A cảm sinh bởi trên A.
Giả sử rằng A là một không gian con mở của B, và cho là một bó trên B. Theo định nghĩa, bó là bó suy ra từ bằng hạn chế vào tập mở A (I, p. 43). Cho là đẳng cấu chính tắc (I, p. 55, hệ quả 1). Khi đó là một đẳng cấu, gọi là chính tắc, từ bó lên bó và được gọi là đẳng cấu chính tắc từ lên .
8. Các đồng cấu ; phép nối
Cho A và B là các không gian tôpô và cho là một ánh xạ liên tục. Cho là một tiền bó trên B. Theo định nghĩa của ảnh trực tiếp của các tiền bó, một tiết diện của bó trên một tập mở U của B là một tiết diện của bó trên tập mở của A, tức là một B-cấu xạ . Do đó người ta định nghĩa một cấu xạ bó bằng cách gán cho tiết diện của trên một tập mở U của B tiết diện của trên . Hợp thành của cấu xạ này với cấu xạ chính tắc (I, p. 53) là một cấu xạ tiền bó sẽ được ký hiệu bởi , hoặc thậm chí bởi nếu không có sự mơ hồ nào về ánh xạ .
Nhận xét 1 01OH
Cho A, B, C là các không gian tôpô, cho là các ánh xạ liên tục; đặt . Cho là một tiền bó trên C.
Cho U là một tập mở của C và là một tiết diện của trên U. Khi đó là tiết diện của trên , và là tiết diện của trên .
Suy ra rằng .
Nhận xét 2 01OI
Nếu là một cấu xạ tiền bó trên B, thì các cấu xạ tiền bó và là bằng nhau. Thật vậy, nếu V là một tập mở của B và là tiết diện của trên , được xác định bởi . Do đó ảnh của dưới là tiết diện của trên cho bởi . Vậy quả thật .
Mệnh đề 4 01OJ
Cho A và B là các không gian tôpô, là một ánh xạ liên tục, là một tiền bó trên B là một bó trên A.
Với mọi cấu xạ tiền bó , tồn tại một cấu xạ bó duy nhất sao cho .
Nói cách khác, ánh xạ chính tắc
Mor() Mor()
là một song ánh.
Với ký hiệu của mệnh đề 4, đôi khi người ta sẽ ký hiệu và .
Ta chứng minh mệnh đề 4. Theo nhận xét 2 áp dụng cho cấu xạ , cấu xạ bằng hợp thành
trong đó là đẳng cấu chính tắc của nhận xét ở I, p. 58. Gọi là cấu xạ bó duy nhất sao cho I, p. 54, mệnh đề 3). Khi đó chỉ cần chứng minh rằng tồn tại một cấu xạ bó duy nhất sao cho .
Vì vậy ta c thể giả sử rằng là một bó. Để một cấu xạ bó thỏa mãn kết luận của mệnh đề 4, điều kiện cần và đủ là với mọi tập mở V của B và mọi tiết diện của trên V, ta có
Gọi là một tập mở của A và là một phần tử của , nói cách khác là một B-cấu xạ từ vào . Gọi là tập hợp các bộ ba trong đó U là một tập mở của A được chứa trong , V là một tập mở của B sao cho , và là một tiết diện của trên V sao cho ta có
Nếu và là các tập mở của A với , ta ký hiệu bởi ánh xạ hạn chế . Với mọi , khi đó ta có quan hệ
Do đó, nếu thỏa mãn (6), thì ta có
Ta hãy chứng minh rằng, với mọi điểm của , tồn tại một bộ ba sao cho . Thật vậy, gọi là một điểm của . Tồn tại một lân cận mở V của B chứa và một tiết diện của không gian étalé trên V sao cho (I, p. 33, mệnh đề 9). Đặt . Các tiết diện và của không gian étalé trên là trùng nhau tại điểm . Theo mệnh đề 11, b) của I, p. 34, tập hợp các điểm tại đó chúng trùng nhau là một tập mở U của chứa . Khi đó bộ ba thuộc .
Công thức (8) và tính chất của các bó (I, p. 43) khi đó suy ra tính duy nhất của .
Cho và là các phần tử của . Theo quan hệ (7), các hạn chế của và lên trùng nhau. Theo Mệnh đề 11, b) của I, p. 34, tồn tại một tập mở W của B sao cho và . Do đó
suy ra
Theo các tính chất và của bó , tồn tại một phần tử duy nhất của sao cho với mọi bộ ba của , ta có:
Hãy ký hiệu phần tử này là .
Cho là một tập mở được chứa trong và đặt . Nếu , thì U là một tập mở được chứa trong và , do đó và khi ấy quan hệ (10) kéo theo rằng
Theo định nghĩa của , vì vậy ta có . Điều này chứng minh rằng họ là một cấu xạ của các bó từ vào .
Hãy chứng minh rằng thỏa mãn quan hệ (6). Do đó cho V là một tập mở của B và cho là một tiết diện của trên V. Nếu U = và nếu , thì bộ ba thuộc và quan hệ (6) là một hệ quả ngay lập tức của quan hệ (10), áp dụng cho .
Mệnh đề 5 01OK
Cho A và B là các không gian tôpô và cho là một ánh xạ liên tục.
a) Cho và là các tiền bó trên B và cho là một cấu xạ của các tiền bó. Hơn nữa, cho là một bó trên A và là một cấu xạ của các tiền bó. Ta có đẳng thức
b) Cho là các bó trên A và cho là một tiền bó trên B. Cho là một cấu xạ của các bó và cho là một cấu xạ của các tiền bó. Ta có quan hệ
a) Theo định nghĩa của và Nhận xét 2 của I, p. 60, ta có
Do đó, , suy ra quan hệ (11).
b) Theo định nghĩa của , ta có
do đó có quan hệ đã phát biểu, xét đến định nghĩa của .
Đặt = Id; đó là cấu xạ bó duy nhất sao cho
Id.
Quan hệ (11), áp dụng cho và cho cấu xạ Id, cho với mọi cấu xạ tiền bó sự phân tích
Từ đó theo mệnh đề 4 suy ra rằng với mọi cấu xạ bó từ vào , là cấu xạ duy nhất sao cho .
Ví dụ 1 01OL
Xét một không gian tôpô B, một không gian con A của B, và ký hiệu bởi đơn ánh chính tắc. Cho và là các B-không gian. Lấy là bó or (I, p. 45, ví dụ 4) và là bó or. Với mọi tập mở V của B và mọi V-cấu xạ , đặt , trong đó là -cấu xạ từ vào cảm sinh bởi . Họ thu được là một cấu xạ bó từ vào . Theo mệnh đề 4, tồn tại một cấu xạ bó duy nhất oror sao cho ta có
với mọi tập mở V của B và mọi . Cấu xạ được gọi là cấu xạ chính tắc từ or vào or.
Nếu A thu về một điểm , thì cấu xạ này được đồng nhất với cấu xạ thân tại của bó or lên tập .
Chuyển qua các bó con, cấu xạ cảm sinh một cấu xạ chính tắc từ som vào som.
Ví dụ 2 01OM
Cho A, B, C là các không gian tôpô và cho , là các ánh xạ liên tục; đặt . Cho E và là các C-không gian. Cấu xạ chính tắc từ or vào or là hợp thành của cấu xạ oror suy ra từ cấu xạ chính tắc của or vào or và cấu xạ chính tắc của or vào or.
9. Bó mềm
Định nghĩa 5 01ON
Cho là một ánh xạ étale. Ta nói rằng ánh xạ là mềm, hoặc rằng B-không gian étale là mềm, nếu mọi tiết diện liên tục của trên một không gian con đóng của B đều mở rộng được thành một tiết diện liên tục của trên B.
Cho là một bó trên B. Ta nói rằng là một bó mềm nếu không gian étale liên kết (I, p. 50, định nghĩa 4) là mềm.
Cho là một bó trên B. Bó là mềm khi và chỉ khi với mọi Z đóng của B, mọi lân cận mở U của Z và mọi , tồn tại và một lân cận mở V của Z được chứa trong U sao cho .
Nếu là một bó mềm thì khác rỗng: thật vậy, tiết diện duy nhất của không gian étale liên kết với trên mở rộng được thành một tiết diện liên tục của trên B.
Cho là một ánh xạ étale và cho A là một không gian con đóng của B. Nếu là mềm thì ánh xạ là mềm. Tương đương, nếu là một bó mềm trên B thì bó cảm sinh trên một không gian con đóng A là mềm.
Mệnh đề 6 01OO
Cho B là một không gian tôpô, là một bó trên B và là một phủ đóng hữu hạn địa phương của B. Để bó là mềm, điều kiện cần và đủ là, với mọi , bó cảm sinh là mềm.
Điều kiện ấy hiển nhiên là cần. Hãy chứng minh rằng nó là đủ. Ký hiệu bởi B-không gian étale liên kết với bó . Cho A là một không gian con đóng của B và là một tiết diện liên tục của trên A; vấn đề là chứng minh rằng có một mở rộng liên tục lên B. Với mọi tập con J của I, đặt ; tập hợp là đóng trong B (TG, I, p. 6, mệnh đề 4).
Cho là tập hợp các cặp trong đó J là một tập con của I và là một tiết diện liên tục của E trên trùng với trên . Ta biến thành một tập hợp có thứ tự bởi quan hệ thứ tự ký hiệu là mà theo đó nếu và . Với , ta viết và . Hãy chỉ ra rằng tập hợp có thứ tự là quy nạp. Cho S là một tập con được sắp thứ tự toàn phần của . Đặt ; đây là một tập con của I. Khi đó ta định nghĩa một tiết diện của E trên bằng cách đặt , nếu ; do đó . Cho và cho sao cho ; vì , hạn chế của trên là liên tục. Khi đó suy ra từ TG, I, p. 19, Prop. 4 rằng là liên tục. Vậy, là một phần tử của ; theo phép dựng, nó là một cận trên của S. Điều này chứng minh rằng tập hợp là quy nạp. Do đó nó có một phần tử cực đại (E, III, p. 20, th. 2).
Ta lập luận bằng phản chứng, giả sử rằng J . Cho là một phần tử của I-J. Đặt và định nghĩa một tiết diện của E trên bởi:
với ,
với ,
điều này là có thể vì và trùng nhau trên . Hơn nữa, vì và là đóng, nên tiết diện là liên tục (TG, I, p. 19, mệnh đề 4). Theo giả thiết, tồn tại một tiết diện liên tục kéo dài . Vì các hạn chế của và lên là bằng nhau, nên tiết diện liên tục trùng với trên và với trên là một tiết diện liên tục của trên , kéo dài . Khi đó ta có , điều này mâu thuẫn với giả thiết rằng là cực đại.
Vậy, J = I, do đó và là một tiết diện liên tục của E trên B kéo dài .
Hệ quả 1 01OP
Cho B là một không gian paracompact, một bó trên B và một phủ mở của B. Nếu, với mọi , bó cảm sinh là mềm, thì bó là mềm.
Thật vậy, tồn tại một phủ đóng hữu hạn địa phương mịn hơn phủ (TG, IX, p. 49, mệnh đề 4 và p. 48, hệ quả 1). Do đó, với mọi , bó là mềm và mệnh đề suy ra rằng bó là mềm.
Hệ quả 2 01OQ
Cho B là một không gian paracompact, một bó trên B và một phủ đóng hữu hạn địa phương của B. Để bó là mềm, điều kiện cần và đủ là điều kiện sau được thỏa mãn:
Với mọi , mọi tập con đóng A của , mọi tập mở V của B chứa A và mọi phần tử của , tồn tại một lân cận mở U của trong B, một phần tử của và một lân cận mở W của A trong B được chứa trong sao cho .
Giả sử rằng bó là mềm, và hãy chỉ ra rằng điều kiện được thỏa mãn. Cho , cho A là một tập con đóng của , cho V là một tập con mở của B chứa A và cho là một phần tử của . Đặt . Đó là một tiết diện liên tục trên V của không gian étalé . Vì là đóng, A là đóng trong B và kéo dài thành một tiết diện , theo định nghĩa của một bó mềm. Các tiết diện và của không gian étalé trên V trùng nhau trên A, nên trùng nhau trên một lân cận W của A (I, p. 34, mệnh đề 11, b)).
Ngược lại, giả sử điều kiện của hệ quả được thỏa mãn. Theo mệnh đề 6, chỉ cần chứng minh rằng, với mọi , bó là mềm. Cho A là một tập con đóng của và cho là một tiết diện của không gian étalé của trên A, nghĩa là, một tiết diện liên tục trên A của không gian étalé . Vì A đóng trong B và vì B là paracompact, mở rộng thành một tiết diện trên một lân cận V của A trong B (I, p. 37, đl. 2). Theo giả thiết, tồn tại một lân cận mở U của trong B và một tiết diện của trên U trùng với trên một lân cận của A. Hạn chế của lên là một tiết diện của mở rộng . Vậy bó là mềm. Theo mệnh đề 6, bó là mềm.
10. Các bó cấu trúc
Giả sử đã cho một Loài cấu trúc Σ và một khái niệm -cấu xạ đối với Loài cấu trúc này.
Cho B là một không gian tôpô.
Một tiền bó trên B được gọi là nhận giá trị trong Loài cấu trúc Σ nếu, với mọi tập mở U của B, tập hợp được trang bị một cấu trúc thuộc Loài Σ và nếu các ánh xạ hạn chế là các -cấu xạ.
Một tiền bó như thế sẽ được gọi là một bó nhận giá trị trong Loài cấu trúc Σ nếu hơn nữa nó là một bó các tập hợp.
Nếu và là các tiền bó nhận giá trị trong Loài cấu trúc Σ, một cấu xạ được gọi là một cấu xạ của các tiền bó nhận giá trị trong Σ nếu, với mọi tập mở U, ánh xạ là một -cấu xạ.
Do đó, chẳng hạn, người ta nói đến các bó nhóm, các bó nhóm Abel, các bó -môđun (với là một vành cố định), các bó vành, các bó -đại số (với là một vành giao hoán cố định).
Bó trên B của các ánh xạ nhận giá trị trong một nhóm (resp. một nhóm Abel, resp. một -môđun, resp. một vành, resp. một -đại số) tự nhiên được trang bị một cấu trúc bó nhóm (resp. bó nhóm Abel, resp. bó -môđun, resp. bó vành, resp. bó -đại số). Nếu X là một đa tạp khả vi cấp trên , bó các hàm số thực cấp là một bó -đại số, và bó trên X các tiết diện cấp của một bó vectơ E trên X là một bó các không gian vectơ trên ; một toán tử vi phân xác định một cấu xạ của các bó không gian vectơ trên .
Đối với các Loài cấu trúc Σ này, suy ra từ phép dựng mà chúng ta đã cho rằng bó liên kết với một tiền bó nhận giá trị trong Loài cấu trúc Σ (nhóm, nhóm Abel, -môđun, vành, -đại số) là một bó nhận giá trị trong Loài cấu trúc đó, và cấu xạ chính tắc là một cấu xạ của các tiền bó nhận giá trị trong Loài cấu trúc Σ.
Chẳng hạn, bó trên B của các ánh xạ nhận giá trị trong một nhóm tự nhiên được trang bị một cấu trúc bó nhóm.
Cho A và B là các không gian tôpô và cho là một ánh xạ liên tục. Nếu là một (tiền)bó trên A nhận giá trị trong Loài cấu trúc Σ, thì (tiền)bó ảnh trực tiếp của (tiền)bó theo cũng vậy.
Giả sử hơn nữa rằng Loài cấu trúc Σ là loài nhóm, nhóm Abel, -môđun, vành hoặc -đại số. Nếu là một (tiền)bó trên B nhận giá trị trong Loài cấu trúc Σ, thì bó trên A, ảnh ngược của tiền bó bởi ánh xạ , được trang bị một cấu trúc bó nhận giá trị trong Σ. Trong trường hợp này, các cấu xạ phép nối và là các cấu xạ của những tiền bó nhận giá trị trong Loài cấu trúc Σ. Đặc biệt, nếu là một cấu xạ của những tiền bó nhận giá trị trong Σ, thì cấu xạ cũng có tính chất đó; nếu là một cấu xạ của những tiền bó nhận giá trị trong Σ, thì cấu xạ cũng có tính chất đó.
Bài tập
Xem các bài tập của § 3.