mapa de grado arbitrario de variedad compacta orientada a esfera

Esta es una pregunta de un examen de calificación. Dejar X ser un compacto, orientado norte -variedad dimensional. Demuestra que para cualquier k Z , existe un mapa continuo F : X S norte de grado k .

Estaba satisfecho con la muy buena solución a través de suspensiones en For every k Z construir un mapa continuo F : S norte S norte con grado ( F ) = k . en el caso de que X = S norte . Parece que para esta cuestión debería bastar con mostrar que existe un grado ± 1 mapa de X a S norte , y luego podemos componer con un grado ± k automapa de S norte obtener un título k mapa de X a S norte (porque el grado de una composición de mapas es el producto de los grados de los mapas componentes).

Una idea que he tenido hasta ahora es considerar una incrustación X R norte { 0 } para algunos grandes norte y luego proyectar en el norte -sphere, pero no sé cómo se garantizaría que esto tendría un grado 1. Y aunque esto no es necesario para responder a la pregunta, ¿qué sería un mapa de grado 1? T 2 S 2 incluso parecer? No puedo visualizar fácilmente tal mapa.

EDITAR: para responder a mi propia pregunta sobre un mapa de grado 1 T 2 S 2 eso es un poco menos 'singular' que la respuesta de Jared a continuación: imaginando la esfera y el toro como sus bonitas formas de bola y rosquilla, simplemente coloque la esfera dentro del toro (es decir, en el tubo mismo, no en su centro de masa) y luego proyectar el toro sobre la esfera.

Puede utilizar el hecho (en Hatcher) de que la suma de los grados locales es igual al grado. Localmente, cada mapa inducido en homología es un mapa de esferas (de 1 dimensión inferior) y ¡usted sabe cómo obtener el grado que desee!
De hecho, una declaración mucho más fuerte es verdadera: (en los supuestos de la pregunta) grado : [ X , S norte ] Z es un isomorfismo ( teorema de Hopf ).

Respuestas (2)

Aquí hay una respuesta que usa maquinaria más abstracta. Dejar B X sea ​​un conjunto abierto homeomorfo a una bola abierta en R norte . Dejar pag : X X / ( X B ) sea ​​el mapa del cociente. Tenemos X / ( X B ) = S norte . Por la naturalidad de la sucesión exacta larga, tenemos el diagrama conmutativo:

H norte ( X ) H norte ( X , X B ) q H norte ( X / ( X B ) ) H norte ( X / ( X B ) , ( X B ) / ( X B ) )

El mapa superior es un isomorfismo ya que X es orientable. El mapa de la derecha es un isomorfismo por escisión (ver Topología algebraica de Hatcher, 2.22). El mapa inferior es un isomorfismo ya que ( X B ) / ( X B ) es un solo punto.

Resulta que q es un isomorfismo. Por eso q Tiene grado uno como se desee.

¡Guau! ¡Me encanta!
Disculpe, pero ¿por qué es X / ( X B ) = S norte , y ¿cómo funciona la orientabilidad de X implicar H norte ( X ) H norte ( X , X B ) ? (¿Es de Hatcher? No pude encontrarlo).
@Clara 1) Es equivalente a D norte / D norte = S norte . 2) Véase el teorema 3.26.a.
Puedes explicar porque q siendo un isomorfismo implica que q es un mapa de grado uno?
@Michael Un isomorfismo Z Z debe mapear 1 a ± 1 . De lo contrario, no tendría ninguna esperanza de ser sobreyectiva. Si se asigna a 1 , puedes simplemente reemplazar q por q obtener un título 1 .
Entiendo por qué los tres isomorfismos son isomorfismos. Pero, ¿por qué podemos garantizar que la composición de estos isomorfismos es el mapa del cociente? q : X X / ( X B ) en el nivel de homología?

Aquí está la idea (aproximada) para construir un mapa a partir de X a S norte de grado 1 . Toma cualquier punto pag X y asignarlo a un polo de S norte . A continuación, mapee suavemente una pequeña bola abierta alrededor pag al resto de S norte menos el polo opuesto. Luego mapee cada otro punto en X no en este balón abierto al polo contrario.

En esencia, estás envolviendo la esfera con un disco dentro de X , y agrupando todo lo demás en un punto.

Este mapa tiene grado uno porque es un difeomorfismo local que conserva la orientación alrededor de pag .

¡Ay! Esperaba algo de maquinaria abstracta en lugar de una respuesta constructiva, así que esto es muy bueno. Quiero esperar a aceptar una respuesta por el momento, para ver si alguien tiene un argumento homológico o algo así.
De hecho, esta respuesta se muestra fácilmente caliente para obtener un mapa de grado k . Haz el mismo procedimiento para las bolas alrededor. k puntos de X .
@Jared ¿Hay alguna referencia para ver tal construcción explícitamente?