¿Cuándo (puntualmente) las formas diferenciales distintas de cero tienen una cohomología de Rham distinta de cero?

Suponer METRO es un norte -variedad lisa dimensional. ¿Bajo qué condiciones es verdadera la siguiente afirmación?

Si ω es un cerrado k -formulario en METRO que es distinto de cero en todos los puntos, entonces la clase de cohomología de De Rham de ω no es trivial, es decir ω no es exacto

Podemos expresarlo de manera equivalente en términos de la contrapositiva:

Si ω es un exacto k -formulario en METRO , luego se desvanece en algún punto de METRO .

Es trivialmente cierto para el caso k = 0 . Si asumimos que METRO es compacto, entonces se cumple para k = 1 y k = norte , por diferentes razones:

  • Si ω es un exacto 1 -forma, entonces ω = d F para una función suave F : METRO R . Desde METRO es compacto, la gama de F es un intervalo cerrado [ a , b ] . Entonces d F desaparece en cualquier punto pag con F ( pag ) = a o F ( pag ) = b .
  • Si ω es un no desaparecer norte -forma, entonces su integral es distinta de cero y por lo tanto no es exacta.

Las pruebas aquí son bastante específicas para 1 y norte , por lo que no veo ninguna razón para creer que la declaración se mantendrá para otros k . ¿Se mantiene para k otro que 1 y norte ? Si no, tendría curiosidad acerca de las dos clases generales de contraejemplos y/o condiciones más estrictas en METRO eso haría que la afirmación se mantuviera.

Respuestas (1)

Aquí hay un contraejemplo para norte = 3 , k = 2 , que debe generalizarse a arbitrariamente 1 < k < norte .

Dejar T 3 = R 3 / ( 2 π Z ) 3 ser el 3 -torus, con coordenadas locales X , y , z inducido de R 3 (cuyos diferenciales d X , d y , d z están globalmente bien definidos). Considera el 1 -forma

ω = pecado ( z ) d X porque ( z ) d y
cuya derivada exterior es
d ω = porque ( z ) d z d X + pecado ( z ) d z d y
que, evidentemente, no se desvanece.

No tengo ninguna idea que ofrecer sobre por qué esto solo es posible para 1 < k < norte , pero parece tener que ver con los grados de libertad extra locales que estos intermediarios k -formas tienen, lo que permite que las ecuaciones diferenciales se resuelvan sin encontrarse con problemas globales de coincidencia de límites.

(También, dada la forma de ω , sospecho que algunos casos pueden estar relacionados con la (no)existencia de estructuras de contacto, pero tengo muy poco conocimiento sobre este tema.)