Кіріспе
Компактты бағдарланған 3-көптіктерді екі қолға бөлу арқылы жіктеу Геометриялық топология математикалық саласында Хигаард бөлінісі — бұл компактты бағдарланған 3-көптікті екі қолға бөлу нәтижесінде алынатын жіктеу.
In the mathematical field of geometric topology, a Heegaard splitting is a decomposition of a compact oriented 3 manifold that results from dividing it into two handlebodies.
Анықтамалар
V және W g туысының қолды денелері болсын, ал ƒ V шекарасынан W шекарасына дейін бағдарды кері қайтаратын гомеоморфизм болсын. V-ді ƒ арқылы W-ге жабыстыру арқылы біз компактты бағдарланған 3-көптік аламыз. Кез келген жабық, бағдарланатын үш көптік осылай алынуы мүмкін; бұл Моизеге байланысты үш көптіктердің үштікке ие болуы туралы терең нәтижелерден туындайды. Бұл жоғары өлшемді көптіктермен күрт контрастқа түседі, олар тегіс немесе бөлікшелі-сызықтық құрылымдарға ие болуы міндетті емес. Тегістік болжамында, Хигаардтың бөлінуінің бар екендігі де Смальдың Морзе теориясынан тұтқалық ыдыраулары туралы жұмысынан шығады. M-нің екі қолды денеге бөлінуі Хигаард бөлінісі деп аталады, ал олардың ортақ шекарасы H – бөліністің Хигаард беті деп аталады. Бөлінулер изотопияға дейін қарастырылады. Жабыстыру картасы ƒ тек H-тың карталау класы тобындағы қос косетті алуға дейін ғана анықталуы керек. Осы карталау класы тобымен байланыс алғаш рет В. Б. Р. Ликкориш жасаған. Хигаард бөліністерін шектері бар 3-көптіктер үшін де, қолды денелерді сығылу денелерімен алмастыру арқылы анықтауға болады. Жабыстыру картасы сығылу денелерінің оң шекаралары арасында жатыр. Жабық қисық, егер ол нүктеге, тесікке немесе шекаралық компонентке гомотоптық болмаса, маңызды деп аталады. Хигаард бөлінісі редукцияланатын болады, егер H-да V және W-де де диск шектейтін маңызды жабық қисық болса. Бөлініс редукцияланбаса, онда ол редукцияланбайды. Хакеннің леммасынан шығатынындай, редукцияланатын көптіктерде кез келген бөлініс редукцияланады. Хигаард бөлінісі тұрақтандырылған болады, егер H-да V-де диск шектейтін, W-де диск шектейтін және дәл бір рет қиылысатын екі маңызды жабық қисық болса. Вальдхаузен теоремасы бойынша, редукцияланбаған көптіктердегі кез келген редукцияланатын бөлініс тұрақтандырылған. Хигаард бөлінісі әлсіз редукцияланатын болады, егер H-да V-де диск шектейтін және W-де диск шектейтін екі жалғаспайтын маңызды жабық қисық болса. Бөлініс әлсіз редукцияланбаса, онда ол қатты редукцияланбайды. Хигаард бөлінісі минималды немесе минималды туысқа ие болады, егер айналадағы үш көптік үшін төменгі туысқа ие басқа бөлініс болмаса. Бөліну бетінің g ең төменгі мәні M-нің Хигаард туысы болып табылады.
Every closed, orientable three manifold may be so obtained; this follows from deep results on the triangulability of three manifolds due to Moise. This contrasts strongly with higher dimensional manifolds which need not admit smooth or piecewise linear structures. Assuming smoothness the existence of a Heegaard splitting also follows from the work of Smale about handle decompositions from Morse theory. The decomposition of M into two handlebodies is called a Heegaard splitting, and their common boundary H is called the Heegaard surface of the splitting. Splittings are considered up to isotopy. The gluing map ƒ need only be specified up to taking a double coset in the mapping class group of H. This connection with the mapping class group was first made by W. B. R. Lickorish. Heegaard splittings can also be defined for compact 3 manifolds with boundary by replacing handlebodies with compression bodies. The gluing map is between the positive boundaries of the compression bodies. A closed curve is called essential if it is not homotopic to a point, a puncture, or a boundary component. A Heegaard splitting is reducible if there is an essential simple closed curve on H which bounds a disk in both V and in W. A splitting is irreducible if it is not reducible. It follows from Haken's Lemma that in a reducible manifold every splitting is reducible. A Heegaard splitting is stabilized if there are essential simple closed curves and on H where bounds a disk in V, bounds a disk in W, and and intersect exactly once. It follows from Waldhausen's Theorem that every reducible splitting of an irreducible manifold is stabilized. A Heegaard splitting is weakly reducible if there are disjoint essential simple closed curves and on H where bounds a disk in V and bounds a disk in W. A splitting is strongly irreducible if it is not weakly reducible. A Heegaard splitting is minimal or minimal genus if there is no other splitting of the ambient three manifold of lower genus. The minimal value g of the splitting surface is the Heegaard genus of M.
Жалпыланған Хигаард бөліністері
M-нің жалпыланған Хигаард бөлінісі – компрессиялық денелер мен беттерге жіктелу, мұнда компрессиялық денелердің ішкі бөліктері жұп-жұп ажыратылған болуы керек және олардың бірігісі M-нің барлық кеңістігін құрауы тиіс. (Ескерту: әр Vi және Wi бірнеше компоненттен тұруы мүмкін.) Егер әрбір Vi күшті түрде азайтылмайтын болса, онда жалпыланған Хигаард бөлінісі күшті түрде азайтылмайтын деп аталады. Түйіндер үшін анықталған Хигаард бөліністері үшін «жұқа позиция» деген ұқсас түсінік бар. Байланысты бет S-тің күрделілігі c(S) деп белгіленеді; ал байланыссыз беттің күрделілігі – оның компоненттерінің күрделіліктерінің қосындысы. Жалпыланған Хигаард бөлінісінің күрделілігі – көп жиынтық {c(Sᵢ)}, мұнда индекс жалпыланған бөліністегі Хигаард беттері бойынша өтеді. Бұл көп жиынтықтарды лексикографиялық тәртіп бойынша (монотонды түрде кемумен) жақсы реттеуге болады. Егер оның күрделілігі минималды болса, онда жалпыланған Хигаард бөлінісі жұқа болады.
Мысалдар
Үш сфера – бұл ұзындығы бірге тең векторлар жиынтығы. Оны гипержазықтықпен қиыстырғанда екі сфера пайда болады. Бұл – стандартты нөл туыс бөлінісі. Керісінше, Александртың тәсілі бойынша, нөл туыс бөлінісіне ие барлық көптеулер гомеоморфты болады. Әдеттегі идентификация бойынша, екі тордың карталау кластық тобының құрылымынан тек линзалық кеңістіктерде ғана бір туыс бөлінісі болады. Үш тор – үш шеңбердің декарт көбейтіндісі. нүктесін алып, графигін қарастырайық. V-нің тұрақты маңы – қол дене болып табылады, сондықтан V-нің шекарасы – Хигаард бөлінісі және бұл оның стандартты бөлінісі. Чарльз Фроман мен Джоэл Хасс үш тордың кез келген басқа 3 туыс Хигаард бөлінісі осыған топологиялық түрде тең екенін дәлелдеді. Мишель Бойло мен Жан-Пьер Оталь жалпы алғанда үш тордың кез келген Хигаард бөлінісі осы мысалдың тұрақтандырылу нәтижесіне тең екенін дәлелдеді.
Теоремалар
Александр леммасы Изотопияға дейін, екі сфераның үш сфераға бірегей (кеңіштелген сызықтық) ендірілісі бар. (Жоғары өлшемдерде бұл Шёнфлис теоремасы деп аталады. Екінші өлшемде бұл Жордан қисығы теоремасы.) Мұны былай да айтуға болады: 0 туыстың бөлінуі бірегей. Вальдхаузен теоремасы: кез келген бөліну 0 туыстың бірегей бөлінуін тұрақтандыру арқылы алынады. Енді M — жабық, бағдарланатын үш түрлішелік деп есептейік. Рейдемайстер-Зингер теоремасы: M-дегі кез келген екі бөліну және үшінші бөліну бар, ол екеуінің де тұрақтандырылуы болып табылады. Хакен леммасы: Егер M-дегі екі сфера маңызды болса және H — Хигаард бөлінісі болса, онда M-де H-мен бір ғана қисық бойымен қиылысатын маңызды екі сфера бар.
Жіктеу
Үш түрлішелердің бірнеше кластары бар, онда Хигаард бөліністерінің жиынтығы толықтай белгілі. Мысалы, Вальдхаузен теоремасы барлық бөліністер стандартты екенін көрсетеді. Бұл линзалық кеңістіктер үшін де (Франсис Бонахон және Оталь дәлелдегендей) қолданылады. Сейферт талшықты кеңістіктерінің бөліністері күрделірек. Мұнда барлық бөліністер тік немесе көлденең болуға изотоптық түрлендірілуі мүмкін (Yoav Moriah және Jennifer Schultens дәлелдегендей). Торус шоғырларының жіктелген бөліністері (соның ішінде Sol геометриясы бар барлық үш түрлішелер). Олардың жұмысынан барлық торус шоғырларының минималды туқымдағы бірегей бөлінісі бар екендігі көрінеді. Торус шоғырының қалған бөліністері – минималды туқымның тұрақтандырулары. 2008 жылға дейін Хигаард бөліністері жіктелген жалғыз гиперболалық үш түрлішелер – екі көпірлі түйіндердің толықтырулары, бұл туралы Цуёси Кобаяси мақаласында жазылған.
Ең аз беттер
Хигаард бөліністері ең төменгі беттер теориясында алғаш рет Блейн Лоусонның еңбегінде пайда болды, ол оң қималық қисықтығы бар ықшам көптіктерге енгізілген ең төменгі беттердің Хигаард бөліністері екенін дәлелдеді. Уильям Микс бұл нәтижені жазық көптіктерге дейін кеңейтті, бірақ ол жазық үш өлшемді кеңістіктегі енгізілген ең төменгі беттің Хигаард беті немесе толығымен геодезиялық екенін дәлелдеді. Микс пен Шинг Тунг Яу Валдхаузеннің нәтижелерін пайдаланып, шекті гендердегі ең төменгі беттердің топологиялық бірегейлігі туралы нәтижелерді дәлелдеді. Енгізілген ең төменгі беттердің топологиялық жіктелуі Микс пен Фрохманмен толықтырылды. Нәтиже Хигаард бөліністерінің топологиясын зерттеу үшін жасалған әдістерге көп сүйенді.
Heegaard Floer-дің гомологиясы
Хигаард диаграммалары, Хигаард бөліністерінің қарапайым комбинаторлық сипаттамалары болып табылады және үш өлшемді кеңістіктердің инварианттарын құру үшін кеңінен қолданылып келеді. Соңғы мысал – Питер Озсват пен Золтан Сабоның Хигаард Флор гомологиясы. Теория, Хигаард бетінің симметриялық көбейтіндісін орталық кеңістік ретінде пайдаланады, ал екі қол денелері үшін меридиандық дискілердің шекараларынан құралған торлар Лагранж субкөптүрліліктері болып табылады.
Тарих
Хигаард бөлінісінің идеясы алғаш рет ұсынған. 1960 жылдары Вольфганг Хакен және Фридхельм Вальдхаузен сияқты математиктер Хигаард бөліністерін жан-жақты зерттегенімен, бұл сала бірнеше онжылдықтан кейін ғана, негізінен олардың күшті төңкерілмейтін қасиеті арқылы қайта жанданды.