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Geometría Diferencial - Variedades / La aplicación de Hopf es una sumersión (problemas con la prueba)
« en: 10 Diciembre, 2015, 11:53 am »
Hola, ¡buenas!
Resulta que tengo que probar que la aplicación de Hopf \( \pi: S^3 \longrightarrow S^2 \) tal que
es una sumersión. Estoy considerando los atlas de las esferas que vienen dados por las parametrizaciones de gráficas (Morge): para \( S^n \) las aplicaciones \( \varphi_{k}^\pm: \ U_{k}^\pm\to \mathbb{R}^n \), \( \varphi_{k}^\pm(x_1,\cdots,x_{n+1})=(x_1,\cdots,\widehat{x_k}, \cdots,x_{n+1}) \) (no sé si ese gorro es estándard, me refiero a quitar la cordenada en cuestión), donde
Razonando como sigue en el spoiler he probado que la aplicación de Hopf \( \pi \) es una sumersión.
Mi problema viene al tratar de probar que \( \pi_{*p} \) es inyectiva para todo punto \( p\in S^3 \). Trato de hacerlo estudiando el rango de la matriz asociada a la diferencial de \( \psi \circ \pi \circ\varphi^{-1} \), pero me estoy haciendo un jaleo distinguiendo casos y acabo «probando» que no es una sumersión y ¡sí debe serlo!
¿Hay algún modo de proceder más razonable? ¿Alguna sugerencia?
¡Muchas gracias!
Resulta que tengo que probar que la aplicación de Hopf \( \pi: S^3 \longrightarrow S^2 \) tal que
\( \pi(x_1,x_2,x_3,x_4)=\left(2(x_1x_3+x_2x_4),\, 2(x_1x_4-x_2x_3),\,x_3^2+x_4^2-x_1^2-x_2^2\right) \)
es una sumersión. Estoy considerando los atlas de las esferas que vienen dados por las parametrizaciones de gráficas (Morge): para \( S^n \) las aplicaciones \( \varphi_{k}^\pm: \ U_{k}^\pm\to \mathbb{R}^n \), \( \varphi_{k}^\pm(x_1,\cdots,x_{n+1})=(x_1,\cdots,\widehat{x_k}, \cdots,x_{n+1}) \) (no sé si ese gorro es estándard, me refiero a quitar la cordenada en cuestión), donde
\( U^\pm_k = \bigl\{(z_1,\ldots,z_{n+1})\in S^n\ : \ \pm z_k>0\bigr\}. \)
Razonando como sigue en el spoiler he probado que la aplicación de Hopf \( \pi \) es una sumersión.
Spoiler
Sea \( x\in S^3 \), existe una carta \( (U_0,\varphi_0):=(U_k^\pm,\varphi^\pm_k) \) tal que\( x\in U_0 \), ya que conforman un atlas (recubrimiento).
Pero como tenemos también un atlas de \( S^2 \), la variedad de llegada, existirá una carta \( (V,\psi):=(U_j^\pm,\varphi^\pm_j) \) tal que \( \pi(x)\in V \).
Por continuidad tenemos que existe un \( U \subseteq U_0 \) tal que \( \pi(U)\subseteq V \) (abierto) y \( (U, \varphi):=(U, \varphi_{0|U}) \) es una carta de \( S^3 \) verificando las condiciones.
Resta ver que todas las \( \psi \circ \pi \circ\varphi^{-1} \) posibles son diferenciables.
Eso es cierto porque todas las inversas de \( \varphi \) son de la forma \( \varphi^{-1}(x,y,z)=\sigma\left(\pm\sqrt{1-x^2-z^2-y^2},\,x,\,y,\,z\right), \) donde \( \sigma \) es un ciclo (y son diferenciables). Además \( \pi \) son sumes y productos, que son diferenciables en cualquier abierto. La aplicación \( \psi \), sea la que sea, lo único que hace es quitar una coordenada.
Pero como tenemos también un atlas de \( S^2 \), la variedad de llegada, existirá una carta \( (V,\psi):=(U_j^\pm,\varphi^\pm_j) \) tal que \( \pi(x)\in V \).
Por continuidad tenemos que existe un \( U \subseteq U_0 \) tal que \( \pi(U)\subseteq V \) (abierto) y \( (U, \varphi):=(U, \varphi_{0|U}) \) es una carta de \( S^3 \) verificando las condiciones.
Resta ver que todas las \( \psi \circ \pi \circ\varphi^{-1} \) posibles son diferenciables.
Eso es cierto porque todas las inversas de \( \varphi \) son de la forma \( \varphi^{-1}(x,y,z)=\sigma\left(\pm\sqrt{1-x^2-z^2-y^2},\,x,\,y,\,z\right), \) donde \( \sigma \) es un ciclo (y son diferenciables). Además \( \pi \) son sumes y productos, que son diferenciables en cualquier abierto. La aplicación \( \psi \), sea la que sea, lo único que hace es quitar una coordenada.
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Mi problema viene al tratar de probar que \( \pi_{*p} \) es inyectiva para todo punto \( p\in S^3 \). Trato de hacerlo estudiando el rango de la matriz asociada a la diferencial de \( \psi \circ \pi \circ\varphi^{-1} \), pero me estoy haciendo un jaleo distinguiendo casos y acabo «probando» que no es una sumersión y ¡sí debe serlo!
¿Hay algún modo de proceder más razonable? ¿Alguna sugerencia?
¡Muchas gracias!