向量叢、K理論與示性類

K理論的環結構(ring structure of K-theory)

K 理論不只是叢的形式差所成的群——它還有一個乘法,使 K(X) 成為交換環。你已熟悉的加法是直和;乘法是叢的張量積。同時擁有兩種運算,使 K 理論從一張光禿禿的叢類清單,變成一個你能在其中計算、帶有關係、單位元與結構的代數。

在類上,規則是:加法 [E] + [F] = [E + F] 來自直和,乘法 [E] [F] = [E tensor F] 來自張量積。平凡線叢 [1] 是乘法單位元,零叢是加法單位元,且可驗證張量對直和有分配律,故 K(X) 是一個帶單位的真交換環。連續映射 f: X -> Y 經拉回誘導環同態 f^*: K(Y) -> K(X),所以 K 是一個映入環的反變函子——正是上同調理論的形式樣貌。約化 K 理論 K-tilde(X) 作為一個理想坐落其中,而分裂 K(X) = K-tilde(X) + Z 是一個環的分裂,其中 Z = K(point)。

環結構正是使 K 理論真正有用、而不只是記帳群的原因。像 K(S^2) = Z[h]/(h^2) 這樣的計算——一個截斷多項式環,其中 h = [H] - 1 平方為零——捕捉了乘法幾何,而陳特徵之所以(在有理意義下)是一個環同構,正因為兩邊都是環。乘積也餵養外積與博特週期性,其中乘以博特類就是週期性同構。要把握的要點:乘法是張量積,而非合成或任何逐點運算,正是這個張量積環被陳特徵與指標定理所利用。

對二維球面,K(S^2) = Z[h]/(h^2),其中 h = [H] - 1,H 為重言線叢。關係 h^2 = 0 來自 ([H] - 1)^2 = [H tensor H] - 2[H] + 1,它在 K(S^2) 中等於零,因為 [H tensor H] - 2[H] + 1 可用 S^2 上的叢關係化簡。於是加法群 Z + Z 帶有一個非平凡卻冪零的乘法。

K(S^2) 是截斷多項式環 Z[h]/(h^2):張量積給出一個冪零生成元。

K 理論的乘積是叢的張量積,不是直和(那是加法),也不是合成。單位元是平凡線叢,而非零叢。搞混哪個運算是哪個,是最常見的早期錯誤。

又稱
K-theory ringtensor product in K(X)K群的乘法