まえがき v |
理論の概要と目標 ix |
第1章 多様体 1 |
1.1 多様体とは何か 2 |
(a)n次元数空間Rn 2 |
(b)Rnの位相 3 |
(c)C∞関数と微分同相写像 4 |
(d)Rnの接ベクトルと接空間 7 |
(e)抽象的な定義の必要性 13 |
1.2 多様体の定義と例 13 |
(a)局所座標と位相多様体 13 |
(b)微分可能多様体の定義 15 |
(c)Rnとその中野一般の局面 18 |
(d)部分多様体 22 |
(e)射影空間 23 |
(f)Lie群 25 |
1.3 接ベクトルと接空間 26 |
(a)多様体上のC∞関数とC∞写像 26 |
(b)多様体上の具体的なC∞関数の構成 28 |
(c)1の分割 30 |
(d)接ベクトル 33 |
(e)写像の微分 37 |
(f)はめ込みと埋め込み 38 |
1.4 ベクトル場 40 |
(a)ベクトル場 40 |
(b)ベクトル場のかっこ積 42 |
(c)ベクトル場の積分曲線と1パラメーター局所変換群 44 |
(d)微分同相写像によるベクトル場の変換 48 |
1.5 多様体に関する基本事項 49 |
(a)境界のある多様体 49 |
(b)多様体の向き 50 |
(c)群の作用 54 |
(d)基本群と被覆多様体 56 |
要約 59 |
演習問題 60 |
第2章 微分形式 61 |
2.1 微分形式の定義 61 |
(a)Rn上の微分形式 61 |
(b)一般の多様体上の微分形式 65 |
(c)外積代数 66 |
(d)微分形式の種々の定義 71 |
2.2 微分形式の種々の演算 74 |
(a)外積 75 |
(b)外微分 75 |
(c)写像による引き戻し 77 |
(d)内部積とLie微分 78 |
(e)Cartanの公式とLie微分の性質 79 |
(f)Lie微分と1パラメーター局所変換群 82 |
2.3 Frobeniusの定理 85 |
(a)Frobeniusの定理-ベクトル場による表現 85 |
(b)可換なベクトル場 87 |
(c)Frobeniusの定理の証明 89 |
(d)Frobeniusの定理-微分形式による表現 92 |
2.4 二,三の事項 95 |
(a)ベクトル空間に値をとる微分形式 95 |
(b)Lie群のMaurer-Cartan形式 96 |
要約 99 |
演習問題 99 |
第3章 de Rham の定理 101 |
3.1 多様体のホモロジー 102 |
(a)単体複体のホモロジー 102 |
(b)特異ホモロジー 106 |
(c)C∞多様体のC∞三角形分割 107 |
(d)C∞多様体のC∞特異チェイン複体 110 |
3.2 微分形式の積分とStokes の定理 111 |
(a)n次元多様体の上のn形式の積分 111 |
(b)Stokesの定理(多様体の場合) 114 |
(c)微分形式のチェイン上の積分とStokesの定理 116 |
3.3 de Rham の定理 118 |
(a)de Rhamコホモロジー 118 |
(b)de Rhamの定理 120 |
(c)Poincareの補題 124 |
3.4 de Rham の定理の証明 127 |
(a)Cechコホモロジー 127 |
(b)de RhamコホモロジーとCechコホモロジーの比較 129 |
(c)de Rhamの定理の証明 134 |
(d)de Rhamの定理と積構造 139 |
3.5 de Rham の定理の応用 142 |
(a)Hopf不変量 142 |
(b)Massey積 144 |
(c)コンパクトLie群のコホモロジー 146 |
(d)写像度 147 |
(e)Gaussによるまつわり数の積分表示 |
要約 151 |
演習問題 152 |
第4章 ラプラシアンと調和形式 155 |
4.1 Riemann多様体上の微分形式 156 |
(a)Riemann計量 156 |
(b)Riemann計量と微分形式 158 |
(c)Hodgeの*作用素 160 |
4.2 ラプラシアンと調和形式 164 |
4.3 Hodgeの定理 169 |
(a)Hodgeの定理と微分形式のHodge分解 170 |
(b)Hodge分解の証明の考え方 172 |
4.4 Hodge の定理の応用 174 |
(a)Poincareの双対定理 174 |
(b)多様対とEuler数 175 |
(c)交わり数 177 |
要約 178 |
演習問題 179 |
第5章 ベクトルバンドルと特性類 181 |
5.1 ベクトルバンドル 182 |
(a)多様体の接バンドル 182 |
(b)ベクトルバンドル 182 |
(c)ベクトルバンドルの種々の構成法 186 |
5.2 測地線と接ベクトルの平行移動 192 |
(a)測地線 192 |
(b)共変微分 194 |
(c)接ベクトルの平行移動と曲率 195 |
5.3 ベクトルバンドルの接続と曲率 197 |
(a)接続 |
(b)曲率 |
(c)接続形式と曲率形式 201 |
(d)接続と曲率の局所表示の変換公式 203 |
(e)ベクトルバンドルに値をとる微分形式 204 |
5.4 Pontrjagin類 207 |
(a)不変多項式 207 |
(b)Pontrjagin類の定義 211 |
(c)Levi-Civita接続 215 |
5.5 Chern類 218 |
(a)複素ベクトルバンドルの接続と曲率 218 |
(b)Chern類の定義 219 |
(c)Whitneyの公式 222 |
(d)Pontrjagin類とChern類の関係 223 |
5.6 Euler類 225 |
(a)ベクトルバンドルの向き 225 |
(b)Euler類の定義 226 |
(c)Euler類の性質 229 |
5.7 特性類の応用 231 |
(a)Gauss-Bonnetの定理 231 |
(b)複素射影空間の特性類 238 |
(c)特性数 240 |
要約 243 |
演習問題 244 |
第6章 ファイバーバンドルと特性類 247 |
6.1 ファイバーバンドルと主バンドル 248 |
(a)ファイバーバンドル 248 |
(b)構造群 250 |
(c)主バンドル 254 |
(d)ファイバーバンドルの分類と特性類 256 |
(e)ファイバーバンドルの例 258 |
6.2 S^1バンドルとEuler 類 259 |
(a)S^1バンドル 259 |
(b)S^1バンドルのEuler類 260 |
(c)S^1バンドルの分類 265 |
(d)微分形式によるS^1バンドルのEuler類の定義 268 |
(e)第一障害類と球面バンドルのEuler類 274 |
(f)多様体上のベクトル場とHopfの指数定理 275 |
6.3 接続 277 |
(a)一般のファイバーバンドルの接続 277 |
(b)主バンドルの接続 281 |
(c)主バンドルの接続の微分形式による表示 283 |
6.4 曲率 286 |
(a)曲率形式 286 |
(b)Weil代数 289 |
(c)Weil代数の外微分 291 |
6.5 特性類 296 |
(a)Weil準同型 296 |
(b)Lie群の不変多項式 300 |
(c)ベクトルバンドルの接続と主バンドルの接続 303 |
(d)特性類 305 |
6.6 二,三の事項 306 |
(a)Weil代数のコホモロジーの自明性 306 |
(b)Chern-Simons形式 308 |
(c)平坦バンドルとホロノミー準同型 309 |
要約 313 |
演習問題 313 |
現代数学への展望 315 |
参考書 319 |
演習問題解答 323 |
索引 339 |