光滑流形與微分拓樸

映射度(mapping degree)

一個映射把一個閉流形繞另一個閉流形纏繞幾次?從圓到圓的映射可能繞一次、兩次或反向;從球面到球面的映射可能帶著一個摺疊覆蓋它兩次。映射度是單一個整數(或在無定向情形下是單一個位元),捕捉這個淨纏繞數,而值得注意的是它只依賴於映射在連續形變意義下的類,不依賴任何細節。

設 f: M -> N 是閉(緊、無邊)連通 n-流形之間的光滑映射。挑一個正則值 q in N——薩德保證存在一個。原像 f^{-1}(q) 於是是有限個點的集合,在每點附近映射是局部微分同胚。模 2 度就是原像點個數的奇偶性,Z/2 的一個元素;它與正則值 q 無關,且在同倫下不變。若 M 與 N 都定向,可做得更好:對每個原像點帶符號計數,df_p 保定向記 +1、反定向記 -1,帶符號的總和便是定向度,一個同樣與 q 無關且為同倫不變量的整數。

度是相交理論不變量的原型,也是一串古典定理背後的引擎:代數基本定理(一個 n 次複多項式視為球面的自映射其度為 n,故有 n 個根)、毛球定理、布勞威爾不動點定理,以及把向量場指標和與歐拉示性數聯繫的龐加萊-霍普夫定理。誠實的提醒:定向的整數度要求兩個流形都定向且映射在相等維數之間;去掉可定向性你便只剩 Z/2 度。且定義良好性確實倚賴薩德(正則值存在)與同倫不變性的證明——由定義並不明顯不同的正則值給出相同的計數,那是一條定理。

單位圓上的映射 z -> z^2(寫 z = e^{i theta},送至 e^{2 i theta})度為 2:一個一般的目標點恰有兩個原像,兩者朝同方向經過,故帶符號計數為 1 + 1 = 2。映射 z -> z-bar 度為 -1,因為它反轉定向。

z -> z^2 把圓纏繞兩次:度為 2。

整數(定向)度需要兩個流形都定向且同維;沒有定向時只剩模 2 度。計數在每個正則值處相同是一條定理而非定義。

又稱
Brouwer degreetopological degreedegree of a map布勞威爾度拓樸度