प्रतिचित्रण वर्ग समूह

गणित में, ज्यामितीय सांस्थिति विज्ञान के उपक्षेत्र में, प्रतिचित्रण कक्षा समूह एक सांस्थितिक समष्टि का एक महत्वपूर्ण बीजगणितीय अपरिवर्तनीय रूप है। संक्षेप में, प्रतिचित्रण वर्ग समूह अंतरिक्ष की समरूपता के अनुरूप एक निश्चित असतत समूह है।

प्रयोजन
एक सांस्थितिक समष्टि पर विचार करें, अर्थात अंतरिक्ष में बिंदुओं के बीच निकटता की कुछ धारणा वाला स्थान अंतरिक्ष से स्वयं में होमोमोर्फिज्म के समुच्चय पर विचार कर सकते हैं, अर्थात निरंतर व्युत्क्रमों के साथ निरंतर मानचित्र: ऐसे कार्य जो अंतरिक्ष को बिना तोड़े या ग्लूइंग किए लगातार प्रसारित और विकृत करते हैं। होमियोमोर्फिज्म के इस समुच्चय को एक स्थान के रूप में ही माना जा सकता है। यह कार्यात्मक संरचना के अंतर्गत एक समूह बनाता है। हम होमोमोर्फिज्म के इस नए स्थान पर एक सांस्थिति विज्ञान को भी परिभाषित कर सकते हैं। इस नए फंक्शन स्पेस के खुला समुच्चय उन फलनों के समुच्चय से बने होंगे जो कॉम्पैक्ट जगह सबसमुच्चय K को ओपन सबसमुच्चय U में K और U रेंज के रूप में हमारे मूल सांस्थितिक समष्टि में मैप करते हैं, जो उनके परिमित प्रतिच्संवाहिनीन (समुच्चय सिद्धांत) के साथ पूरा होता है (जो होना चाहिए) सांस्थिति विज्ञान की परिभाषा द्वारा खुला) और मनमाना संघ (समुच्चय सिद्धांत) (फिर से खुला होना चाहिए)। यह कार्यों के स्थान पर निरंतरता की धारणा देता है, ताकि हम होमियोमॉर्फिज्म के निरंतर विरूपण पर विचार कर सकें: होमोटॉपी कहा जाता है। हम होमोमोर्फिज्म की होमोटॉपी क्लासेस लेकर प्रतिचित्रण कक्षा समूह को परिभाषित करते हैं, और होमोमोर्फिज्म के स्थान पर पहले से मौजूद फंक्शनल कंपोजिशन ग्रुप स्ट्रक्चर से ग्रुप स्ट्रक्चर को प्रेरित करते हैं।

परिभाषा
प्रतिचित्रण कक्षा समूह शब्द का एक लचीला उपयोग है। बहुधा इसका प्रयोग कई गुना 'एम' के संदर्भ में किया जाता है। 'M' के प्रतिचित्रण वर्ग समूह की व्याख्या 'M' के स्वसमाकृतिकता के परिवेश समस्थानिक के समूह के रूप में की जाती है। इसलिए यदि 'एम' एक टोपोलॉजिकल मैनिफोल्ड है, तो प्रतिचित्रण कक्षा समूह 'एम' के होमोमोर्फिज्म समूह के आइसोटोपी क्लास का समूह है। यदि M कई गुना है, तो प्रतिचित्रण कक्षा समूह M के डिफियोमोर्फिज्म के आइसोटोपी क्लास का समूह है। जब भी किसी ऑब्जेक्ट 'X' के ऑटोमोर्फिज्म के समूह में प्राकृतिक सांस्थितिक समष्टि होता है, तो 'X' के प्रतिचित्रण कक्षा समूह को परिभाषित किया जाता है $$\operatorname{Aut}(X)/\operatorname{Aut}_0(X)$$, कहाँ $$\operatorname{Aut}_0(X)$$ जुड़ा हुआ स्थान है, पहचान का पथ-घटक $$\operatorname{Aut}(X)$$. (ध्यान दें कि कॉम्पैक्ट-ओपन सांस्थिति विज्ञान में, पथ घटक और समस्थानिक वर्ग समानता रखते हैं, अर्थात, दो मानचित्र f और g एक ही पथ-घटक में हैं यदि वे समस्थानिक हैं). सांस्थितिक समष्टि के लिए, यह सामान्यतः कॉम्पैक्ट-ओपन सांस्थिति विज्ञान है। कम-आयामी सांस्थिति विज्ञान साहित्य में, X के प्रतिचित्रण वर्ग समूह को सामान्यतः एमसीजी (X) दर्शाया जाता है, हालांकि इसे प्रायः निरूपित किया जाता है $$\pi_0(\operatorname{Aut}(X))$$, जहाँ ऑट के स्थान पर उस श्रेणी के सिद्धांत के लिए उपयुक्त समूह रखा जाता है जिससे X संबंधित है। यहाँ $$\pi_0$$ किसी स्थान के 0-वें होमोटॉपी समूह को दर्शाता है।

तो सामान्यतः, समूहों का एक सटीक अनुक्रम # लघु सटीक अनुक्रम सटीक अनुक्रम होता है:


 * $$1 \rightarrow \operatorname{Aut}_0(X) \rightarrow \operatorname{Aut}(X) \rightarrow \operatorname{MCG}(X) \rightarrow 1.$$

प्रायः यह अनुक्रम सटीक अनुक्रम विभाजित नहीं होता है।

होमोटॉपी श्रेणी में काम करने पर, X का प्रतिचित्रण कक्षा समूह X के होमोटॉपी के होमोटॉपी का समूह है।

प्रतिचित्रण वर्ग समूहों के कई उपसमूह हैं जिनका प्रायः अध्ययन किया जाता है। यदि एम एक उन्मुख कई गुना है, $$\operatorname{Aut}(M)$$ M का ओरिएंटेशन-प्रिज़र्विंग ऑटोमोर्फिज्म होगा और इसलिए M का प्रतिचित्रण कक्षा समूह (एक ओरिएंटेड मैनिफोल्ड के रूप में) M के प्रतिचित्रण कक्षा समूह में अनुक्रमणिका दो होगा (एक अनरिएंटेड मैनिफोल्ड के रूप में) बशर्ते M एक ओरिएंटेशन-रिवर्सिंग ऑटोमोर्फिज्म को स्वीकार करे। इसी प्रकार जो उपसमूह M के सभी समजातियों (गणित) पर सर्वसमिका का कार्य करता है, उसे M का 'टोरेली समूह' कहते हैं।

क्षेत्र
किसी भी श्रेणी में (समतल, पीएल, टोपोलॉजिकल, होमोटॉपी)
 * $$\operatorname{MCG}(S^2) \simeq \Z/2\Z,$$

एक सतत प्रतिचित्रण की डिग्री के प्रतिचित्रण के अनुरूप ±1।

टोरस
होमोटॉपी श्रेणी में
 * $$ \operatorname{MCG}(\mathbf{T}^n) \simeq \operatorname{GL}(n,\Z). $$

ऐसा इसलिए है क्योंकि टोरस एन-डायमेंशनल टोरस एन-डायमेंशनल टोरस $$\mathbf{T}^n = (S^1)^n$$ एक ईलेनबर्ग-मैकलेन स्थान है।

अन्य श्रेणियों के लिए यदि $$n\ge 5$$, one में निम्नलिखित विभाजन-सटीक क्रम हैं:

सांस्थितिक समष्टि की श्रेणी में
 * $$0\to \Z_2^\infty\to \operatorname{MCG}(\mathbf{T}^n) \to \operatorname{GL}(n,\Z)\to 0$$

टुकड़े-टुकड़े रैखिक कई गुना | पीएल-श्रेणी में
 * $$0\to \Z_2^\infty\oplus\binom n2\Z_2\to \operatorname{MCG}(\mathbf{T}^n)\to \operatorname{GL}(n,\Z)\to 0$$

(⊕ प्रत्यक्ष योग का प्रतिनिधित्व)। स्मूथ मैनिफोल्ड में
 * $$0\to \Z_2^\infty\oplus\binom n2\Z_2\oplus\sum_{i=0}^n\binom n i\Gamma_{i+1}\to \operatorname{MCG}(\mathbf{T}^n)\to \operatorname{GL}(n,\Z)\to 0$$

कहाँ $$\Gamma_i$$ होमोटॉपी क्षेत्र के केरवायर-मिल्नोर परिमित एबेलियन समूह हैं और $$\Z_2$$ क्रम 2 का समूह है।

सतहें
सतह (सांस्थिति विज्ञान) के प्रतिचित्रण वर्ग समूहों का गहन अध्ययन किया गया है, और कभी-कभी उन्हें टीचमुलर मॉड्यूलर समूह कहा जाता है (विशेष मामले पर ध्यान दें) $$\operatorname{MCG}(\mathbf{T}^2)$$ ऊपर), चूंकि वे टीचमूलर अंतरिक्ष पर कार्य करते हैं और भागफल रिमेंन सतहों का मॉडुली स्थान है जो सतह पर होमोमोर्फिक है। ये समूह अतिशयोक्तिपूर्ण समूह और उच्च रैंक रैखिक समूहों दोनों के समान सुविधाएँ प्रदर्शित करते हैं. उनके पास विलियम थर्स्टन के ज्यामितीय तीन-कई गुना के सिद्धांत में कई अनुप्रयोग हैं (उदाहरण के लिए, सतह बंडल के लिए)। इस समूह के तत्वों का स्वयं भी अध्ययन किया गया है: एक महत्वपूर्ण परिणाम नीलसन-थर्स्टन वर्गीकरण प्रमेय है, और समूह के लिए एक जनक परिवार स्ट्रेच ट्विस्ट द्वारा दिया गया है जो एक अर्थ में सबसे सरल प्रतिचित्रण वर्ग हैं। प्रत्येक परिमित समूह एक बंद, उन्मुख सतह के प्रतिचित्रण वर्ग समूह का एक उपसमूह है; वास्तव में किसी भी परिमित समूह को कुछ कॉम्पैक्ट रीमैन सतह के आइसोमेट्री के समूह के रूप में स्पष्ट किया जा सकता है (जिसका अर्थ है कि यह अंतर्निहित टोपोलॉजिकल सतह के प्रतिचित्रण वर्ग समूह में इंजेक्ट करता है)।

गैर-उन्मुख सतहें
कुछ उन्मुखीकरण गैर-उन्मुख सतहों में सरल प्रस्तुतियों के साथ वर्ग समूहों का प्रतिचित्रण होता है। उदाहरण के लिए, वास्तविक प्रक्षेपी तल का प्रत्येक होमोमोर्फिज्म $$\mathbf{P}^2(\R)$$ पहचान के लिए समस्थानिक है:


 * $$ \operatorname{MCG}(\mathbf{P}^2(\R)) = 1. $$

क्लेन बोतल K का प्रतिचित्रण वर्ग समूह है:


 * $$ \operatorname{MCG}(K)= \Z_2 \oplus \Z_2.$$

चार तत्व पहचान हैं, दो तरफा वक्र पर एक देह मोड़ जो मोबियस पट्टी, लिकोरिश के y-होमियोमोर्फिज्म, और मोड़ और वाई-होमियोमोर्फिज्म के उत्पाद को बाध्य नहीं करता है। यह दिखाने के लिए एक अच्छा अभ्यास है कि देह मोड़ का वर्ग पहचान के लिए समस्थानिक है।

हम यह भी टिप्पणी करते हैं कि बंद जीनस (गणित) तीन गैर-उन्मुख सतह एन3 (तीन प्रोजेक्टिव विमानों का जुड़ा हुआ योग) है:


 * $$ \operatorname{MCG}(N_3) = \operatorname{GL}(2,\Z). $$

ऐसा इसलिए है क्योंकि सतह N में एकतरफा वक्रों का एक अनूठा वर्ग है, जैसे कि, जब N को इस तरह के वक्र C के साथ खोला जाता है, तो परिणामी सतह $$N\setminus C$$ एक डिस्क के साथ एक टोरस है जिसे हटा दिया गया है। एक गैर-उन्मुख सतह के रूप में, इसका प्रतिचित्रण वर्ग समूह है $$\operatorname{GL}(2,\Z)$$. (प्रमेयिका 2.1 ).

3-कई गुना
3-मेनिफोल्ड्स के प्रतिचित्रण क्लास ग्रुप्स ने भी काफी अध्ययन प्राप्त किया है, और 2-मैनीफोल्ड्स के प्रतिचित्रण क्लास ग्रुप्स से निकटता से संबंधित हैं। उदाहरण के लिए, किसी भी परिमित समूह को कॉम्पैक्ट हाइपरबोलिक 3-मैनिफ़ोल्ड के प्रतिचित्रण कक्षा समूह (और आइसोमेट्री ग्रुप) के रूप में स्पष्ट किया जा सकता है।

जोड़े के वर्ग समूहों का प्रतिचित्रण
रिक्त स्थान (X, ए) की एक जोड़ी को देखते हुए जोड़ी का प्रतिचित्रण वर्ग समूह जोड़ी के ऑटोमोर्फिज्म का आइसोटोपी-वर्ग है, जहां (X, ए) के ऑटोमोर्फिज्म को X के ऑटोमोर्फिज्म के रूप में परिभाषित किया जाता है जो ए को संरक्षित करता है, अर्थात एफ : X → X व्युत्क्रमणीय है और f(A) = A.

समूह और कड़ियों का सममिति समूह
यदि K ⊂ 'S'3 एक समूह (गणित) या एक लिंक (समूह सिद्धांत) है, समूह के समरूपता समूह (प्रतिक्रिया लिंक) को जोड़ी के प्रतिचित्रण वर्ग समूह (एस) के रूप में परिभाषित किया गया है) अतिशयोक्तिपूर्ण समूह समूह के समरूपता समूह को डायहेड्रल समूह या चक्रीय समूह के रूप में जाना जाता है, इसके अतिरिक्त प्रत्येक डायहेड्रल और चक्रीय समूह को समूहों के समरूपता समूह के रूप में स्पष्ट किया जा सकता है। एक टोरस समूह का समरूपता समूह क्रम दो 'Z2' के रूप में जाना जाता है।

टोरेली समूह
ध्यान दें कि स्पेस X के सह-समरूपता (गणित) (और कोहोलॉजी) पर प्रतिचित्रण कक्षा समूह की एक प्रेरित क्रिया है। ऐसा इसलिए है क्योंकि (सह) होमोलॉजी फंक्शनोरियल और होमियो है0 तुच्छ रूप से कार्य करता है (क्योंकि सभी तत्व समस्थानिक हैं, इसलिए पहचान के लिए होमोटोपिक हैं, जो तुच्छ रूप से कार्य करता है, और (सह) होमोलॉजी पर कार्रवाई समरूपता के अंतर्गत अपरिवर्तनीय है)। इस क्रिया का मूल टोरेली समूह है, जिसका नाम टोरेली प्रमेय के नाम पर रखा गया है।

उन्मुख सतहों के मामले में, यह पहली कोहोलॉजी एच पर कार्रवाई है1(Σ) ≅ Z2जी. अभिविन्यास-संरक्षण मानचित्र ठीक वे हैं जो शीर्ष कोहोलॉजी एच पर तुच्छ रूप से कार्य करते हैं2(Σ) ≅ Z. ​​H1(Σ) में एक सहानुभूतिपूर्ण ज्यामिति संरचना है, जो कप उत्पाद से आती है; चूंकि ये प्रतिचित्रण ऑटोमोर्फिज्म हैं, और मैप्स कप उत्पाद को संरक्षित करते हैं, प्रतिचित्रण कक्षा समूह सिम्पलेक्टिक ऑटोमोर्फिज्म के रूप में कार्य करता है, और वास्तव में सभी सिम्प्लेक्टिक ऑटोमोर्फिज्म का एहसास होता है, जो संक्षिप्त सटीक अनुक्रम प्रदान करता है:
 * $$1 \to \operatorname{Tor}(\Sigma) \to \operatorname{MCG}(\Sigma) \to \operatorname{Sp}(H^1(\Sigma)) \cong \operatorname{Sp}_{2g}(\mathbf{Z}) \to 1$$

कोई इसे बढ़ा सकता है
 * $$1 \to \operatorname{Tor}(\Sigma) \to \operatorname{MCG}^*(\Sigma) \to \operatorname{Sp}^{\pm}(H^1(\Sigma)) \cong \operatorname{Sp}^{\pm}_{2g}(\mathbf{Z}) \to 1$$

सहानुभूतिपूर्ण समूह अच्छी तरह से समझा जाता है। इसलिए प्रतिचित्रण वर्ग समूह की बीजगणितीय संरचना को समझने से प्रायः टोरेली समूह के बारे में प्रश्न कम हो जाते हैं।

ध्यान दें कि टोरस (जीनस 1) के लिए सहानुभूति समूह का प्रतिचित्रण एक समरूपता है, और टोरेली समूह लुप्त हो जाता है।

स्थिर प्रतिचित्रण वर्ग समूह
कोई सतह एम्बेड कर सकता है $$\Sigma_{g,1}$$ जीनस जी और 1 सीमा घटक में $$\Sigma_{g+1,1}$$ अंत में एक अतिरिक्त संवाहिनी जोड़कर (अर्थात, एक साथ चिपकाकर $$\Sigma_{g,1}$$ और $$\Sigma_{1,2}$$), और इस प्रकार सीमा तय करने वाली छोटी सतह के ऑटोमोर्फिज्म बड़ी सतह तक फैल जाते हैं। इन समूहों और समावेशन की सीधी सीमा लेने से स्थिर प्रतिचित्रण वर्ग समूह प्राप्त होता है, जिसकी तर्कसंगत कोहोलॉजी रिंग डेविड ममफोर्ड द्वारा अनुमानित की गई थी (अनुमानों में से एक जिसे ममफोर्ड अनुमान (बहुविकल्पी) कहा जाता है)। समाकलन (सिर्फ तर्कसंगत नहीं) कोहोलॉजी रिंग की गणना 2002 में इब पागल और माइकल वीस (गणितज्ञ) द्वारा की गई थी, जो ममफोर्ड के अनुमान को प्रमाणित करता है।

यह भी देखें

 * ब्रेड समूह, पंचर डिस्क के प्रतिचित्रण वर्ग समूह
 * होमोटोपी समूह
 * होमेटोपी समूह
 * दीपक संबंध

बाहरी संबंध

 * Madsen-Weiss MCG Seminar; many references