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Pseudogrupo

En matemáticas , un pseudogrupo es un conjunto de difeomorfismos entre conjuntos abiertos de un espacio, que satisfacen propiedades de tipo grupo y de tipo haz. Es una generalización [ dudosadiscutida ] del concepto de grupo , que se origina, sin embargo, a partir del enfoque geométrico de Sophus Lie [1] para investigar simetrías de ecuaciones diferenciales, en lugar de a partir del álgebra abstracta (como el cuasigrupo , por ejemplo). La teoría moderna de pseudogrupos fue desarrollada por Élie Cartan a principios del siglo XX. [2] [3]

Definición

Un pseudogrupo impone varias condiciones a los conjuntos de homeomorfismos (respectivamente, difeomorfismos ) definidos en conjuntos abiertos U de un espacio euclidiano dado o, de manera más general, de un espacio topológico fijo (respectivamente, variedad lisa ). Como dos homeomorfismos h  : UV y g  : VW forman un homeomorfismo de U a W , se plantea la cuestión de que el pseudogrupo esté cerrado bajo composición e inversión. Sin embargo, a diferencia de los axiomas para un grupo, los axiomas que definen un pseudogrupo no son puramente algebraicos; los requisitos adicionales están relacionados con la posibilidad de restringir y parchar homeomorfismos (similar al axioma de pegado para secciones de un haz).

Más precisamente, un pseudogrupo en un espacio topológico S es una colección Γ de homeomorfismos entre subconjuntos abiertos de S que satisfacen las siguientes propiedades: [4] [5]

  1. Los dominios de los elementos g en Γ cubren S (" cubierta ").
  2. La restricción de un elemento g en Γ a cualquier conjunto abierto contenido en su dominio también es en Γ (" restricción ").
  3. La composición gh de dos elementos de Γ , cuando se define, está en Γ (" composición ").
  4. La inversa de un elemento de g está en Γ (" inversa ").
  5. La propiedad de estar en Γ es local, es decir, si g  : UV es un homeomorfismo entre conjuntos abiertos de S y U está cubierto por conjuntos abiertos U i con g restringido a U i que está en Γ para cada i , entonces g también está en Γ (" local ").

Como consecuencia, el homeomorfismo de identidad de cualquier subconjunto abierto de S se encuentra en Γ .

De manera similar, un pseudogrupo en una variedad suave X se define como una colección Γ de difeomorfismos entre subconjuntos abiertos de X que satisfacen propiedades análogas (donde reemplazamos homeomorfismos con difeomorfismos). [6]

Se dice que dos puntos de X están en la misma órbita si un elemento de Γ envía uno al otro. Las órbitas de un pseudogrupo forman claramente una partición de X ; un pseudogrupo se denomina transitivo si tiene una sola órbita.

Ejemplos

Una clase muy extendida de ejemplos la constituyen los pseudogrupos que conservan una estructura geométrica dada. Por ejemplo, si ( X , g ) es una variedad de Riemann , se tiene el pseudogrupo de sus isometrías locales ; si ( X , ω ) es una variedad simpléctica , se tiene el pseudogrupo de sus simplectomorfismos locales ; etc. Estos pseudogrupos deben considerarse como el conjunto de las simetrías locales de estas estructuras.

Pseudogrupos de simetrías y estructuras geométricas

Las variedades con estructuras adicionales se pueden definir a menudo utilizando los pseudogrupos de simetrías de un modelo local fijo. Más precisamente, dado un pseudogrupo Γ , un Γ -atlas en un espacio topológico S consiste en un atlas estándar en S tal que los cambios de coordenadas (es decir, las funciones de transición) pertenecen a Γ . Una clase equivalente de Γ-atlas también se denomina Γ -estructura en S .

En particular, cuando Γ es el pseudogrupo de todos los difeomorfismos definidos localmente de R n , se recupera la noción estándar de un atlas liso y una estructura lisa . De manera más general, se pueden definir los siguientes objetos como Γ -estructuras en un espacio topológico S :

De manera más general, cualquier G -estructura integrable y cualquier ( G , X ) -variedad son casos especiales de Γ -estructuras, para pseudogrupos Γ adecuados .

Pseudogrupos y teoría de Lie

En general, los pseudogrupos se estudiaron como una posible teoría de grupos de Lie de dimensión infinita . El concepto de un grupo de Lie local , es decir, un pseudogrupo de funciones definidas en las proximidades del origen de un espacio euclidiano E , es en realidad más cercano al concepto original de grupo de Lie de Lie, en el caso en que las transformaciones involucradas dependen de un número finito de parámetros , que la definición contemporánea a través de variedades . Uno de los logros de Cartan fue aclarar los puntos involucrados, incluido el punto de que un grupo de Lie local siempre da lugar a un grupo global , en el sentido actual (un análogo del tercer teorema de Lie , sobre las álgebras de Lie que determinan un grupo). El grupo formal es otro enfoque más para la especificación de los grupos de Lie, infinitesimalmente. Se sabe, sin embargo, que los grupos topológicos locales no necesariamente tienen contrapartes globales.

Abundan los ejemplos de pseudogrupos de dimensión infinita, empezando por el pseudogrupo de todos los difeomorfismos de E . El interés se centra principalmente en los subpseudogrupos de los difeomorfismos y, por tanto, en los objetos que tienen un análogo del álgebra de Lie de los campos vectoriales . Los métodos propuestos por Lie y por Cartan para estudiar estos objetos se han vuelto más prácticos dado el progreso del álgebra computacional .

En la década de 1950, la teoría de Cartan fue reformulada por Shiing-Shen Chern , y Kunihiko Kodaira [7] y DC Spencer [8] desarrollaron una teoría de deformación general para pseudogrupos . En la década de 1960, se aplicó el álgebra homológica a las cuestiones básicas de EDP involucradas, de sobredeterminación; esto, sin embargo, reveló que el álgebra de la teoría es potencialmente muy pesada. En la misma década, el interés por la física teórica de la teoría de Lie de dimensión infinita apareció por primera vez, en la forma del álgebra actual .

Intuitivamente, un pseudogrupo de Lie debería ser un pseudogrupo que "se origina" a partir de un sistema de ecuaciones diferenciales parciales. Existen muchas nociones similares pero no equivalentes en la literatura; [9] [10] [11] [12] [13] la "correcta" depende de la aplicación que uno tenga en mente. Sin embargo, todos estos diversos enfoques involucran los fibrados de jets (de dimensión finita o infinita) de Γ , que se les pide que sean un grupoide de Lie . En particular, un pseudogrupo de Lie se llama de orden finito k si puede ser "reconstruido" a partir del espacio de sus k - jets .

Referencias

  1. ^ Sophus, Mentira (1888-1893). Teoría de los grupos de transformación. BG Teubner. OCLC  6056947.
  2. ^ Cartan, Élie (1904). "Sobre la estructura de grupos infinitos de transformaciones" (PDF) . Annales Scientifiques de l'École Normale Supérieure . 21 : 153–206. doi : 10.24033/asens.538 .
  3. ^ Cartan, Élie (1909). «Les groupes de transforms continus, infinis, simples» (PDF) . Annales Scientifiques de l'École Normale Supérieure . 26 : 93-161. doi : 10.24033/asens.603 .
  4. ^ Kobayashi, Shoshichi; Nomizu, Katsumi (1963). Fundamentos de geometría diferencial, volumen I. Wiley Classics Library. Nueva York: John Wiley & Sons Inc., págs. 1 y 2. ISBN 0470496487.
  5. ^ Thurston, William P. (1997). Silvio Levy (ed.). Geometría tridimensional y topología. Princeton Mathematical Series. Vol. 35. Princeton University Press . doi :10.1515/9781400865321. ISBN . 0-691-08304-5.Señor 1435975  .
  6. ^ Loomis, Lynn ; Sternberg, Shlomo (2014). "Variedades diferenciables". Cálculo avanzado (edición revisada). World Scientific. págs. 364–372. ISBN 978-981-4583-93-0.Señor 3222280  .
  7. ^ Kodaira, K. (1960). "Sobre las deformaciones de algunas estructuras complejas de pseudogrupos". Anales de Matemáticas . 71 (2): 224–302. doi :10.2307/1970083. ISSN  0003-486X. JSTOR  1970083.
  8. ^ Guillemin, Victor; Sternberg, Shlomo (1966). "Teoría de la deformación de estructuras pseudogrupales". Memorias de la American Mathematical Society (64): 0. doi : 10.1090/memo/0064 . ISSN  0065-9266.
  9. ^ Kumpera, Antonio; Spencer, Donald Clayton (1 de enero de 1973). Ecuaciones de Lie, vol. I. Princeton University Press. doi :10.1515/9781400881734. ISBN 978-1-4008-8173-4.
  10. ^ Singer, IM; Sternberg, Shlomo (1965). "Los grupos infinitos de Lie y Cartan Parte I, (Los grupos transitivos)". Journal d'Analyse Mathématique . 15 (1): 1–114. doi :10.1007/bf02787690. ISSN  0021-7670. S2CID  123124081.
  11. ^ Claude., Albert (1984-1987). Pseudogrupos de mentiras transitivas. Hermann. OCLC  715985799.
  12. ^ Kuranishi, Masatake (1959). "Sobre la teoría local de pseudogrupos infinitos continuos I". Nagoya Mathematical Journal . 15 : 225–260. doi : 10.1017/s0027763000006747 . ISSN  0027-7630.
  13. ^ Olver, Peter J.; Pohjanpelto, Juha (2005). "Formas de Maurer–Cartan y la estructura de los pseudogrupos de Lie". Selecta Mathematica . 11 (1): 99–126. doi :10.1007/s00029-005-0008-7. ISSN  1022-1824. S2CID  14712181.

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