Кіріспе

Математикада Куйпер теоремасы (Николаас Куйпердің есімімен аталады) – шексіз өлшемді, кешенді Хилберт кеңістігі H-дегі операторлардың топологиясы туралы нәтиже. Теорема H-дің инверттік шектелген эндоморфизмдері кеңістігі GL(H)-нің кез келген шекті кешенді Y-ден GL(H)-ға дейінгі барлық бейнелеулері операторлардың нормалық топологиясында тұрақты бейнелеуге гомотопты екенін көрсетеді. Маңызды салдары, сондай-ақ Куйпер теоремасы деп аталатын, бұл топ әлсіз қысылғыш, яғни оның барлық гомотопиялық топтары тривиальды. Бұл нәтиже топологиялық K-теориясында маңызды қолданысқа ие.

Жалпы сызықтық топтың жалпы топологиясы

Шекті өлшемді H үшін бұл топ күрделі жалпы сызықтық топ болып табылады және мүлдем жиырылмайды. Шындығында, ол өзінің максималды ықшам кіші тобына, H-нің U бірлік тобына гомотопиялық түрде тең. Күрделі жалпы сызықтық топ пен бірлік топтың гомотопиялық түрлерінің бірдей екендігі Грам-Шмидт процесі арқылы немесе матрицалық полярлық декомпозиция арқылы дәлелденеді және бұл бөлінетін Гильберт кеңістігінің шексіз өлшемді жағдайына көшiрiледi, себебі жоғарғы үшбұрышты матрицалар кеңістігі айқын түрде жиырылады. Негізгі құбылыс – шексіз көп өлшемдерге өту унитарлық топтардың топологиялық күрделілігінің көп бөлігін жояды; бірақ Ботттың унитарлық тобына қатысты бөлімді қараңыз, онда шексіздікке өту шектеулірек, ал нәтижедегі топта тривиалды емес гомотопиялық топтар бар.

Сфералардың тарихи контексттері мен топологиясы

Кейде S∞ деп белгіленетін бірлік сфераның шексіз өлшемді Хилберт кеңістігінде H - созылатын кеңістік екені таңғаларлық факт, ал шекті өлшемді сфералар созылатын емес. Бұл нәтиже, әрине, Куйпердің алдындағы онжылдықтарда белгілі болған, математикалық фольклордың мәртебесіне ие болуы мүмкін, бірақ ол жиі келтіріледі. Шын мәнінде, көбірек шындық: S∞ H-ге диффеоморфты, ол әрине, өзінің дөңестігі арқасында жиырылады. Соның бір салдары - Браувердің тұрақты нүкте теоремасының H-дағы бірлік шарға кеңейтуіне тегіс қарсы мысалдар бар. Гомеоморфизмдер болып табылатын мұндай қарсы мысалдардың бар екендігі 1943 жылы Шидзуо Какутани көрсеткен, ол бірлік сфераның жиырылуының дәлелін бірінші рет жазған болуы мүмкін. Бірақ нәтиже бәрібір негізінен белгілі болды (1935 жылы Андрей Николаевич Тихонов бірлік сфераның бірлік шардың қайта тартылуы екенін көрсетті). Шекаралы операторлар тобындағы нәтижені голланд математигі Николас Куйпер ажыратылатын Гилберт кеңістігі жағдайында дәлелдеді; ажыратылу шектеуі кейіннен алынып тасталды. Осы нәтиже, бірақ норма топологиясының орнына күшті оператор топологиясы үшін, 1963 жылы Жак Диксмиер мен Адриен Дуади жариялады. Сфера мен операторлар тобының геометриялық қатынасы - бірлік сфераның U бірлік тобы үшін біртекті кеңістік болуы. Бірлік сфераның v бірлік векторының тұрақтандырғышы v ортогональді комплементінің бірлік тобы болып табылады; сондықтан гомотопиялық ұзындықтың нақты тізбегі бірлік сфераның барлық гомотопиялық топтарының тривиалды болатынын болжайды. Бұл жақын топологиялық байланысты көрсетеді, бірақ өзі жеткіліксіз, өйткені нүктені қосу тек әлсіз гомотопиялық баламалық болады, және бұл тікелей CW кешені үшін ғана жиырылуын білдіреді. Куйпердің жұмысы жарық көргеннен кейін екі жыл өткен соң жарияланған мақалада,

Ботттың бірлік тобы

Гомотопиялық теорияда маңызды рөл атқаратын тағы бір шексіз өлшемді унитарлық топ бар, оған Ботттың кезеңділік теоремасы қолданылады. Бұл топ әрине, қысылмайды. Куйпер тобынан айырмашылықты былай түсіндіруге болады: Ботт тобы – берілген оператордың белгілі бір ортонормалдық негіздің {ei} алғашқы N векторына созылған ішкі кеңістікте ғана тривиальды емес әрекет ететін, ал қалған негізгі векторларға қатысты сәйкестік болатын кіші топ.

Қолданбалар

Тез арада, талшықтық түйіршіктердің жалпы теориясын ескере отырып, әрбір Гильберт түйіршігі тривиальды түйіршік болып табылады. S∞-ның жиырылуы туралы нәтиже, оған еркін әрекет ететін белгілі бір топтар үшін жіктеу кеңістіктерінің геометриялық құрылысын береді, мысалы, екі элементі бар циклдік топ және шеңбер тобы. Ботт мағынасындағы U бірлік тобының кешенді векторлық түйіршіктер үшін BU жіктеу кеңістігі бар (U(n) үшін жіктеу кеңістігін қараңыз). Куйпер теоремасынан туындайтын тереңірек қолданыс – Атиях-Яних теоремасының дәлелі (Клаус Яних және Майкл Атияхтың есімдерімен), ол H-дегі Фредгольм операторларының кеңістігі, норма топологиясымен, гомотопиялық теория мағынасындағы топологиялық (кешенді) K-теорияның K(.) функторын көрсетеді. Бұл Атияхтан алынған.

Банах кеңістіктерінің жағдайы

Осыған ұқсас сұрақ кез келген шексіз өлшемді Банах кеңістігіндегі инвертті операторлар туралы да қойылуы мүмкін. Мұнда тек толық емес нәтижелер бар. Кейбір классикалық реттік кеңістіктерінде сол қасиет сақталады, атап айтқанда, инвертті операторлар тобы жиырылатын болады. Дегенмен, байланысты кеңістік емес болатын мысалдар да белгілі. Барлық гомотопиялық топтар тривиальды екені белгілі болған жағдайларда да, кейде жиырылатындығы белгісіз болып қалуы мүмкін.