Manifold #12. Fiber Bundles - Formal Description매니폴드 #12. 파이버 번들의 정의
Manifold series, part 12: starting from the cylinder to fix the total space, base space, fiber and projection, then defining a fiber bundle with local trivializations, transition functions and a structure groupManifold 시리즈 12편: 원기둥에서 출발해 토털 스페이스, 베이스 스페이스, 파이버, 프로젝션을 정하고, 로컬 트리비얼라이제이션과 전이 함수, 구조군으로 파이버 번들을 정의하는 과정
Manifold series매니폴드 시리즈Part 12 of 1818편 중 12번째
- Manifold #1. Point Set Topology and Topological Spaces매니폴드 #1. 포인트 셋 토폴로지와 토폴로지컬 스페이스
- Manifold #2. Elementary Definitions매니폴드 #2. 기본 정의: 닫힌집합, 극한점, 폐포, 내부, 경계, 조밀
- Manifold #3. Separation매니폴드 #3. 분리: T0, T1, T2와 하우스도르프
- Manifold #4. Countability and Continuity매니폴드 #4. 가산성과 연속성: 제1·제2가산, 연속 함수, 위상동형
- Manifold #5. Compactness, Connectedness, and Topological Properties매니폴드 #5. 컴팩트함, 연결성, 위상적 성질
- Manifold #6. Topological Manifolds매니폴드 #6. 위상 매니폴드
- Manifold #7. Differentiable Manifolds매니폴드 #7. 미분 가능 매니폴드
- Manifold #8. Diffeomorphisms매니폴드 #8. 미분동형사상
- Manifold #9. The Tangent Space - Definition매니폴드 #9. 접공간의 정의
- Manifold #10. Tangent Space - Basis Vectors매니폴드 #10. 접공간의 기저 벡터
- Manifold #11. The Cotangent Space매니폴드 #11. 코탄젠트 스페이스
- Manifold #12. Fiber Bundles - Formal Description매니폴드 #12. 파이버 번들의 정의
- Manifold #13. The tangent bundle - an illustration.매니폴드 #13. 탄젠트 번들의 예
- Manifold #14. Quotient Spaces매니폴드 #14. 몫공간
- Manifold #15. The Cylinder as a Quotient Space매니폴드 #15. 몫공간으로 만든 원기둥
- Manifold #16. The Möbius Strip매니폴드 #16. 뫼비우스 띠
- Manifold #17. Metric Spaces매니폴드 #17. 거리 공간
- Manifold #18. Homotopy매니폴드 #18. 호모토피
Contents목차
- 원기둥에서 출발합니다
- 곱집합으로 적은 원기둥과 아직 없는 위상
- 프로젝션과 파이버
- 프로젝션이 연속이 되도록 만든 위상
- 로컬 트리비얼라이제이션과 번들 차트
- 겹치는 곳과 전이 함수
- 구조군
- 파이버 번들에 필요한 것
- Starting from the cylinder
- The cylinder as a product set, and the missing topology
- Projection and fiber
- A topology that makes the projection continuous
- Local trivializations and bundle charts
- Overlaps and transition functions
- The structure group
- What a fiber bundle needs
XylyXylyX의 What is a Manifold? 강의를 정리한 노트입니다. 이 글은 재생목록의 12강 Fiber Bundles - Formal Description에 해당합니다. 지난 편까지 매니폴드의 점마다 탄젠트 스페이스와 코탄젠트 스페이스를 하나씩 붙였습니다. 이번 편에서는 그렇게 점마다 무언가를 붙인 구조 전체를 하나의 매니폴드로 묶는 틀, 파이버 번들을 정의합니다. 강의는 정의를 먼저 내놓지 않고 원기둥이라는 예에서 출발해 정의에 도달하는 길을 택하고, 이 글도 같은 순서를 따릅니다.
원기둥에서 출발합니다
위아래로 끝없이 뻗은 속이 빈 원기둥을 떠올립니다. 그 한가운데에서 둘레를 한 바퀴 돈 원을 하나 잡고 이라고 부릅니다. 은 차원 구면의 이름이라 은 원, 는 공의 겉면입니다. 원기둥 위의 점은 두 수로 정해집니다. 원 위에서의 위치 과, 그 원에서 위로 잰 높이 입니다. 높이는 원 자리를 0으로 두고 위쪽을 양수, 아래쪽을 음수로 합니다. 원 위의 위치 는 0 이상 미만의 수로 쓰면 되고, 만큼 다른 값을 모두 같은 값으로 묶으면 실수와 거의 같은 좌표가 됩니다. 이 묶음은 몫공간이라는 큰 주제와 이어지므로 강의는 여기서 멈추고 나중으로 미룹니다.
원기둥 전체는 이미 하나의 미분 가능 매니폴드입니다. 그런데 방금 만든 짝 덕분에 원기둥 안에 매니폴드가 세 개 보입니다. 원기둥 전체를 , 원 을 , 실수선 를 라고 쓰고 각각 토털 스페이스, 베이스 스페이스, 파이버라고 부릅니다. 토털 스페이스의 점은 베이스의 한 점과 파이버의 한 점이 짝을 이룬 것입니다.
곱집합으로 적은 원기둥과 아직 없는 위상
기하학적인 원기둥과 이 순서쌍의 집합은 일대일로 대응하므로 같은 대상이라고 보아도 됩니다. 다만 순서쌍의 집합은 말 그대로 집합일 뿐이고 위상을 저절로 갖지는 않습니다. 열린집합들의 곱 로 만드는 곱 위상을 줄 수 있기는 합니다. 그러나 강의는 이 위상을 쓰지 않겠다고 못 박습니다. 아직 파이버 번들이라고 부를 만한 것을 정의한 것이 아니고, 매니폴드 두 개의 곱집합을 말했을 뿐입니다. 번들에 쓸 위상은 아래에서 따로 정합니다.
또 하나 조심할 점이 있습니다. 원기둥 그림만 보면 베이스인 원이 토털 스페이스 안에 들어 있는 부분집합처럼 보입니다. 그러나 의 점은 순서쌍이고, 높이가 0인 순서쌍 들의 모임은 원과 비슷할 뿐 베이스 자신이 아닙니다.
프로젝션과 파이버
토털 스페이스의 점 에서 베이스의 점을 하나 꺼내는 일은 언제나 쉽습니다. 이 사상을 프로젝션이라고 부르고 파이버 번들에서는 늘 로 씁니다. 원기둥에서는 순서쌍의 첫째 성분만 돌려줍니다.
는 여러 점을 한 점으로 보내므로 거꾸로 가면 점 하나가 나오지 않고 집합이 나옵니다. 베이스의 점 에 대해 는 그 위에서 수직으로 뻗은 실수선 전체입니다. 다른 점 위에서는 다른 실수선 가 서 있습니다. 두 집합은 같지 않지만 둘 다 와 미분동형입니다. 그래서 파이버라는 말은 두 가지 뜻으로 쓰입니다. 한 점 위의 파이버 를 가리키기도 하고, 모든 파이버가 그 복사본인 표준 파이버 를 가리키기도 합니다. 번들이 되려면 모든 점 에 대해 가 와 미분동형이어야 합니다. 원기둥에서는 모든 파이버가 실수선이니 당연히 성립하고, 다른 번들에서는 이 점을 따로 확인해야 합니다.
Q. 베이스 스페이스는 토털 스페이스의 부분집합으로 보면 안 되나요?
A. 보지 않습니다. 토털 스페이스는 베이스와 파이버의 순서쌍을 점으로 갖는 집합이어서, 높이가 0인 순서쌍들이 원처럼 보이더라도 베이스 자신은 원 위의 점들로 이루어져 있고 순서쌍이 하나도 들어 있지 않습니다. 둘을 이어 주는 것은 프로젝션 이고 부분집합 관계는 없습니다.
프로젝션이 연속이 되도록 만든 위상
이제 의 위상을 정합니다. 베이스의 열린집합 가 하나 있으면 가 연속이 되기 위해서는 그 원상 가 에서 열려 있어야 합니다. 연속의 정의가 값 쪽 열린집합의 원상이 정의역에서 열려 있는 것이기 때문입니다. 그래서 강의는 이 원상들을 모두 모아서 의 열린집합으로 삼습니다.
는 베이스의 위상입니다. 이것이 위상이 된다는 증명은 강의에서 학생에게 맡깁니다. (원상이 합집합과 교집합을 그대로 보존하므로 들의 합집합과 유한 교집합도 다시 이 꼴이어서 위상의 조건을 만족합니다. 이 설명은 이해를 위해 보탠 것이고, 강의에서 따로 다룬 내용은 아닙니다.) 원기둥에서 이 위상의 열린집합은 원 위의 열린 구간 위로 위아래 끝없이 뻗은 띠입니다. 원기둥 표면의 아무 작은 영역이나 열린집합으로 치는 보통 위상보다 성긴 위상입니다. 강의는 이 성긴 위상이 를 연속으로 만들기에 충분하고, 지금 목적에는 더 촘촘한 위상이 필요 없다고 말합니다. (한 파이버 위의 서로 다른 두 점은 이 띠들로 가를 수 없을 만큼 성깁니다. 그래서 를 진짜 매니폴드로 다룰 때는 아래의 번들 차트가 위상동형이 되는 더 촘촘한 위상을 쓰게 됩니다. 이 설명은 이해를 위해 보탠 것이고, 강의에서 따로 다룬 내용은 아닙니다.)
로컬 트리비얼라이제이션과 번들 차트
원기둥은 베이스 전체에 파이버를 한꺼번에 곱해서 만들 수 있었습니다. 하지만 어떤 번들도 그렇게 만들 수 있지는 않습니다. 언제나 할 수 있는 것은 베이스를 열린 덮개 로 덮고, 조각 하나씩만 곱 구조로 만드는 일입니다. 조각 의 원상 는 위의 위상으로 에서 열려 있고, 번들이 되려면 이것이 곱 와 미분동형이어야 한다는 조건을 겁니다.
이 사상 를 로컬 트리비얼라이제이션이라고 부르고, 짝 를 번들 차트라고 부릅니다. 이 사상이 번들 전체에서 하나만 있으면 곱 구조가 전체에 걸쳐 성립하는 것이고, 그런 번들을 트리비얼하다고 합니다. 원기둥은 하나로 충분하니 트리비얼합니다. 번들이 트리비얼하지 않다면 한 사상으로는 부족하고, 그래서 조각마다 따로 있는 로컬 트리비얼라이제이션만 요구합니다. 책마다 표기가 달라서 강의는 두 가지를 섞어 씁니다. 하나는 위처럼 에서 곱으로 가는 이고, 다른 하나는 곱에서 로 거꾸로 가는 입니다. 같은 미분동형사상을 반대 방향에서 부르는 이름이므로 어느 쪽을 쓰든 같은 이야기입니다. 곱에서 베이스 쪽 성분을 떼어 버리고 로 곧바로 보내는 사상으로 쓰기도 합니다.
이 구조 덕분에 의 점 에는 번들만의 좌표가 하나 더 생깁니다. 를 구하고, 그 점을 품는 를 찾고, 로 파이버의 점 를 읽습니다. 이것은 가 미분 가능 매니폴드라서 원래 갖고 있는 아틀라스의 좌표와는 별개입니다. 는 그 아틀라스로 좌표를 쓸 수도 있고 번들 차트로 베이스와 파이버를 따로 읽을 수도 있습니다. 이 후자의 구조가 파이버 번들을 보통의 미분 가능 매니폴드와 구별해 줍니다.
Q. 점 의 번들 좌표는 하나로 정해지지 않나요?
A. 정해지지 않습니다. 가 두 덮개 와 에 함께 들어 있으면 와 가 각각 짝을 하나씩 줍니다. 두 사상이 같을 이유가 없으므로 같은 점이 서로 다른 순서쌍으로 적힙니다. 다음 절에서 이 두 짝을 이어 주는 사상을 정합니다.
겹치는 곳과 전이 함수
두 덮개 와 가 겹치는 곳 위에 있는 점 는 두 번들 차트에서 모두 곱의 한 점이 됩니다. 매니폴드에서 한 점이 두 차트에 들어 있으면 좌표를 서로 옮겨 주는 전이 함수를 두었던 것과 똑같이, 여기서도 두 짝을 옮기는 사상을 정합니다. 하나로 가서 다른 하나에서 돌아오는 합성입니다.
이 합성은 베이스의 점은 그대로 두고 파이버의 점만 옮깁니다. 베이스 성분을 떼어 낸 눈으로 보면 이 사상은 에서 로 가는 사상입니다. 두 로컬 트리비얼라이제이션이 파이버를 읽는 방식의 차이를 담은 것이고, 이것이 번들의 전이 함수입니다. 두 사상 모두 미분동형사상이므로 합성도 미분동형사상이고, 따라서 전이 함수는 에서 로 가는 미분동형사상의 군 의 원소입니다. 강의는 이것을 파이버 번들의 마지막 요구 사항으로 꼽습니다. 모든 전이 함수가 파이버 위의 미분동형사상이어야 한다는 것입니다. (전이 함수는 겹치는 곳의 점 마다 하나씩 있으므로 꼴로 쓸 수 있습니다. 이 식은 이해를 위해 보탠 것이고, 강의에서 따로 다룬 내용은 아닙니다.)
Q. 원기둥은 덮개를 하나만 잡으면 전이 함수가 필요 없는데, 굳이 두 개로 나누어도 되나요?
A. 됩니다. 베이스 전체를 한 덮개로 잡으면 로컬 트리비얼라이제이션이 하나이고 전이 함수가 없습니다. 같은 베이스를 두 덮개로 나누어도 각각에서 자명화를 만들 수 있고, 겹치는 곳에서 두 사상이 어긋나는 정도가 전이 함수입니다. 강의는 번들이 트리비얼하면 이렇게 나누어도 수학적으로 달라질 것이 없어야 한다고 말하고, 트리비얼하지 않은 번들에서는 전이 함수가 더 복잡해진다고 덧붙입니다.
구조군
위의 조건만으로는 아직 부족합니다. 전이 함수가 안의 아무 원소여도 된다면 너무 느슨하기 때문입니다. 그래서 번들에 군 를 하나 붙이고 이것을 구조군이라고 부릅니다. 모든 전이 함수가 의 원소여야 합니다. 구조군은 보다 훨씬 작을 수 있습니다. 원기둥처럼 전체가 곱인 번들은 덮개를 몇 개로 나누든, 영리하게 잡기만 하면 모든 전이 함수를 항등원으로 만들 수 있으므로 구조군을 원소 하나 로 줄일 수 있습니다. 뫼비우스 띠는 그렇게 되지 않습니다. 대부분의 전이 함수를 항등원으로 만들 수는 있어도 적어도 하나는 을 곱하는 사상이 남으므로 구조군이 가 됩니다. 이 예는 다음 편에서 자세히 다룹니다.
그래서 같은 토털 스페이스, 같은 베이스, 같은 파이버를 가지고도 구조군이 다르면 다른 번들이 됩니다. 구조군은 아틀라스를 가장 효율적으로 골랐을 때 나머지 전이 함수가 모두 담기는 가장 단순한 군으로 이해해도 좋습니다.
Q. 전이 함수가 미분동형사상이기만 하면 되는데 구조군을 따로 정해야 하는 까닭이 무엇인가요?
A. 구조군은 번들에 허용되는 전이 함수의 종류를 미리 좁혀 둡니다. 예를 들어 파이버가 실수선일 때 에는 비선형인 미분동형사상이 엄청나게 많지만, 구조군을 0을 뺀 실수 곱하기 로 두면 번들의 구조가 훨씬 단단해집니다. (이 설명은 이해를 위해 보탠 것이고, 강의에서 따로 다룬 내용은 아닙니다. 강의는 구조군이 있어야 모든 번들이 곱이라는 결론으로 빠지지 않는다고만 말합니다.)
아래 장난감으로 이 절들을 한 그림에서 확인해 보세요. 원기둥을 옆으로 펼쳐 점 를 끌면 와 가 놓인 파이버, 두 덮개 , 중 어느 쪽에 들어 있는지, 자명화 좌표가 보입니다. 장난감은 원 위의 위치를 각도 로 씁니다. 위쪽 단추로 의 파이버 좌표에 곱할 수 를 바꾸면, 두 덮개가 겹치는 진한 곳에서 전이 함수가 로 바뀌고 필요한 구조군도 따라서 바뀝니다. 원기둥에서는 어느 를 골라도 에 를 곱해 로 되돌릴 수 있으므로 같은 번들입니다. (이 설명은 이해를 위해 보탠 것이고, 강의에서 따로 다룬 내용은 아닙니다.)
파이버 번들에 필요한 것
강의가 정리한 파이버 번들의 요소를 모으면 다음과 같습니다.
- 토털 스페이스 , 베이스 스페이스 , 파이버 . 모두 미분 가능 매니폴드입니다.
- 프로젝션 . 연속이어야 하고, 모든 에 대해 가 와 미분동형이어야 합니다.
- 베이스의 열린 덮개와 그 위의 로컬 트리비얼라이제이션. 각 가 와 미분동형이어야 합니다.
- 구조군 . 모든 전이 함수가 의 원소여야 합니다.
많은 책에서는 프로젝션 자체를 파이버 번들이라고 부르기도 합니다. 프로젝션이 토털 스페이스에서 베이스로 가는 사상이라는 점은 변하지 않습니다. 이 요소들이 갖추어져야 번들이 되고, 다음 편부터 구체적인 예로 이 구조가 어떻게 돌아가는지 살펴봅니다.
These are my notes on XylyXylyX’s What is a Manifold? lectures. This post covers lesson 12 of the playlist, Fiber Bundles - Formal Description. Up to the previous post we attached a tangent space and a cotangent space to every point of a manifold. This time we define the frame that ties such a point-by-point structure together into one manifold, the fiber bundle. The lecture does not hand us the definition first. It starts from the example of the cylinder and works toward the definition, and this post follows the same order.
Starting from the cylinder
Picture a hollow cylinder that runs up and down forever. Take one circle around its middle and call it . is the name of the -dimensional sphere, so is the circle and is the surface of a ball. A point on the cylinder is fixed by two numbers: its position on the circle and its height above that circle. We set the circle’s own level to 0, with upward positive and downward negative. The position can be written as a number from 0 up to , and if we treat values that differ by as the same, it becomes almost the same coordinate as a real number. That identification leads to the large topic of quotient spaces, so the lecture stops here and postpones it.
The whole cylinder is already a differentiable manifold. But thanks to the pair we just built, three manifolds can be seen inside it. Write the whole cylinder as , the circle as and the real line as , and call them the total space, the base space and the fiber. A point of the total space is a pair made of one point of the base and one point of the fiber.
The cylinder as a product set, and the missing topology
The geometric cylinder and this set of ordered pairs correspond one to one, so we may regard them as the same object. But the set of ordered pairs is just a set and does not get a topology automatically. We can give it the product topology, built from products of open sets. The lecture, however, states firmly that it will not use this topology. We have not yet defined anything that deserves the name fiber bundle. All we did was form the product set of two manifolds. The topology for bundles is fixed separately below.
There is one more thing to watch. In the picture of the cylinder, the base circle looks like a subset sitting inside the total space. But a point of is an ordered pair, and the collection of pairs with height 0 only resembles the circle and is not the base itself.
Projection and fiber
It is always easy to take a point of the base out of a point of the total space. This map is called the projection, and for fiber bundles it is always written . On the cylinder it just returns the first component of the pair.
Since sends many points to one point, going backward gives a set, with no single point to return. For a point of the base, is the whole real line standing vertically above it. Above another point stands a different real line . The two sets are not equal, but both are diffeomorphic to . So the word fiber is used in two senses. It can mean the fiber over one point, or the standard fiber , of which all the fibers are copies. To be a bundle, must be diffeomorphic to for every point . On the cylinder every fiber is a real line, so this holds at once, and for other bundles it has to be checked separately.
Q. Can’t we regard the base space as a subset of the total space?
A. We do not. The total space is a set whose points are ordered pairs of a base point and a fiber point, so even if the pairs with height 0 look like a circle, the base itself is made of the points on the circle and not of ordered pairs. What connects the two is the projection , and there is no subset relation.
A topology that makes the projection continuous
Now we fix the topology of . If is an open set of the base, then for to be continuous its preimage must be open in , because continuity means that preimages of open sets in the target are open in the domain. So the lecture collects all of these preimages and takes them as the open sets of .
is the topology of the base. The lecture leaves it to the student to prove that this is a topology. (Preimages preserve unions and intersections exactly, so unions and finite intersections of sets again have this form and satisfy the conditions for a topology. This explanation is added for understanding and was not covered in the lecture.) On the cylinder, the open sets of this topology are strips that run up and down forever over open intervals of the circle. It is coarser than the usual topology, in which any small region of the cylinder’s surface counts as open. The lecture says this coarse topology is enough to make continuous and that we do not need a finer one for our present purpose. (Two different points on one fiber are too coarse to be separated by these strips. So when we treat as a true manifold we use a finer topology, in which the bundle charts below are homeomorphisms. This explanation is added for understanding and was not covered in the lecture.)
Local trivializations and bundle charts
The cylinder could be built by multiplying the fiber onto the whole base at once. Not every bundle can be built that way. What we can always do is cover the base with an open cover and give a product structure over one piece at a time. The preimage of a piece is open in by the topology above, and for a bundle we require that it be diffeomorphic to the product .
We call this map a local trivialization, and the pair a bundle chart. If one such map exists for the whole bundle, the product structure holds globally and the bundle is called trivial. The cylinder is trivial because the single set is enough. If a bundle is not trivial, one map is not enough, and so we only require local trivializations that exist piece by piece. Books differ in notation, and the lecture mixes two. One is the above, going from to the product. The other goes backward from the product to and is . They are names for the same diffeomorphism read in opposite directions, so either one tells the same story. The map can also be used with the base component dropped, sending a point straight to .
This structure gives a point of one more coordinate that belongs to the bundle. Compute , find a that contains that point, and read the fiber point from . This is separate from the coordinates of the atlas that has anyway because it is a differentiable manifold. can use the coordinates of that atlas, and it can also read the base and the fiber separately through bundle charts. This second structure is what distinguishes a fiber bundle from an ordinary differentiable manifold.
Q. Isn’t the bundle coordinate of a point fixed to a single answer?
A. It is not. If lies in two cover sets and together, then and each give a pair. There is no reason for the two maps to agree, so the same point is written as different ordered pairs. In the next section we fix the map that connects these two pairs.
Overlaps and transition functions
A point over the overlap of two cover sets becomes a point of the product in both bundle charts. Just as we had transition functions that carry coordinates between two charts of a manifold, here too we fix a map that carries between the two pairs. It is the composition that goes through one and comes back through the other.
This composition leaves the base point fixed and moves only the fiber point. If we look at it with the base component removed, it is a map from to . It carries the difference in how the two local trivializations read the fiber, and it is the transition function of the bundle. Both maps are diffeomorphisms, so the composition is also a diffeomorphism, and therefore a transition function is an element of the group of diffeomorphisms from to . The lecture counts this as the last requirement of a fiber bundle: every transition function must be a diffeomorphism of the fiber. (There is one transition function for each point of the overlap, so we can write . This formula is added for understanding and was not covered in the lecture.)
Q. A cylinder needs no transition function if we take one cover set, so may we still split it into two?
A. Yes. With one cover set for the whole base there is a single local trivialization and no transition function. Even if we split the same base into two cover sets, we can build a trivialization on each, and the amount by which the two maps disagree on the overlap is the transition function. The lecture says that if the bundle is trivial, splitting it this way should change nothing mathematically, and adds that for a bundle that is not trivial the transition functions get more complicated.
The structure group
The conditions so far are still not enough. If a transition function may be any element of , that is too loose. So we attach to the bundle a group and call it the structure group. Every transition function must be an element of . The structure group can be much smaller than . For a bundle that is globally a product, like the cylinder, however many cover sets we use, if we choose them cleverly all transition functions can be made the identity, so the structure group can be reduced to the single element . The Möbius strip does not work that way. Most of its transition functions can be made the identity, but at least one is left as multiplication by , so its structure group becomes . We treat this example in detail in the next post.
So with the same total space, the same base and the same fiber, a different structure group gives a different bundle. We may understand the structure group as the simplest group that holds all the remaining transition functions once the atlas is chosen as efficiently as possible.
Q. A transition function only has to be a diffeomorphism, so why do we have to fix a structure group separately?
A. The structure group narrows in advance the kinds of transition functions the bundle allows. For example, when the fiber is the real line, contains an enormous number of nonlinear diffeomorphisms, but if we set the structure group to multiplication by nonzero numbers , the structure of the bundle becomes much firmer. (This explanation is added for understanding and was not covered in the lecture. The lecture only says that the structure group keeps us from concluding that every bundle is a product.)
Check these sections in one picture with the toy below. Unroll the cylinder sideways and drag the point to see , the fiber that sits on, which of the two cover sets , contain it, and the trivialization coordinates. The toy writes the position on the circle as an angle . When you change the number multiplied into the fiber coordinate of with the buttons above, the transition function on the dark overlap becomes and the required structure group changes accordingly. On the cylinder any choice of can be undone by multiplying by to get back to , so it is the same bundle. (This explanation is added for understanding and was not covered in the lecture.)
What a fiber bundle needs
Collecting the elements of a fiber bundle that the lecture summarized, we get the following.
- The total space , the base space and the fiber . All are differentiable manifolds.
- The projection . It must be continuous, and must be diffeomorphic to for every .
- An open cover of the base and local trivializations over it. Each must be diffeomorphic to .
- The structure group . Every transition function must be an element of .
In many books the projection itself is called the fiber bundle. The projection remains a map from the total space to the base. Once these elements are in place we have a bundle, and from the next post on we look at how this structure works in concrete examples.
Comments댓글