Manifold #13. The tangent bundle - an illustration.매니폴드 #13. 탄젠트 번들의 예
Manifold series, part 13: building the tangent bundle from an atlas on the circle S¹ by gathering tangent spaces, how the transition functions and the structure group shrink down to {1}, and the doorway to the Möbius strip that one sign opensManifold 시리즈 13편: 원 S¹의 아틀라스에서 출발해 탄젠트 스페이스를 모아 탄젠트 번들을 만들고, 전이 함수와 구조군이 {1}까지 줄어드는 과정, 그리고 부호 하나가 만드는 뫼비우스 띠의 입구
Manifold series매니폴드 시리즈Part 13 of 1818편 중 13번째
- 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
- 원 위에 아틀라스를 만듭니다
- 원 위의 곡선과 접공간
- 접공간들을 모아 만든 번들
- 겹치는 곳의 전이 함수
- 구조군은 얼마나 작게 줄어들까요
- 부호 하나가 만드는 뫼비우스 띠
- 이 예가 보여 준 것
- Building an atlas on the circle
- Curves on the circle and the tangent space
- The bundle made from the tangent spaces
- Transition functions on the overlaps
- How small can the structure group get?
- The Möbius strip that one sign makes
- What this example showed
XylyXylyX의 What is a Manifold? 강의를 정리한 노트입니다. 이 글은 재생목록의 13강 The tangent bundle - an illustration.에 해당합니다. 지난 편에서 파이버 번들의 정의를 세웠으니, 이번 편은 가장 고전적인 예인 탄젠트 번들을 아무것도 없는 상태에서 하나씩 만들어 정의의 부품이 실제로 어디에 놓이는지 확인합니다. 베이스는 원 하나로 고릅니다. 한 차원이라 모든 것이 숫자 하나로 적혀서 구조만 또렷하게 보입니다.
원 위에 아틀라스를 만듭니다
먼저 베이스가 될 매니폴드를 만듭니다. 집합은 원 이고, 위상은 원 위의 작은 열린 구간들을 베이스로 삼아 정합니다. 이 구간들의 유한 교집합과 임의 합집합이 모두 열린집합입니다. 이제 아틀라스가 필요합니다. 원을 여섯 개쯤의 열린 구간 으로 덮습니다. 처음에는 서로 겹치지 않는 구간을 몇 개 잡고, 그 사이의 틈을 메우도록 다른 구간을 얹어서 이웃끼리 겹치게 합니다. 겹침은 커도 상관없습니다.
아틀라스는 열린집합 외에도 각 열린집합을 실수의 부분집합으로 보내는 위상동형사상, 곧 차트 까지 포함합니다. 원 위의 점은 각도 로 가리킵니다. 이 되는 점을 하나 정해 두면 점마다 각도가 있습니다. 차트는 아무렇게나 골라도 되고, 강의는 예를 둘 듭니다. 에서는 각도를 그대로 쓰는 이고, 에서는 각도의 절반인 입니다.
두 구간이 겹치는 곳에서 한 차트의 좌표를 다른 차트의 좌표로 바꾸는 것이 차트의 전이 함수이고, 이 예에서는 숫자 하나를 곱하는 사상입니다. 곱셈은 실수에서 실수로 가는 사상이라 미분할 수 있으므로 원은 미분 가능 매니폴드가 됩니다. (겹침 안에서 실제로는 꼴로 상수 가 더해질 수 있고, 뒤에서 쓰는 것은 기울기 하나뿐입니다. 이 설명은 이해를 위해 보탠 것이고, 강의에서 따로 다룬 내용은 아닙니다.)
원 위의 곡선과 접공간
원 위의 한 점 를 잡고 를 지나는 곡선을 생각합니다. 원 위에서는 곡선이 갈 수 있는 길이 하나뿐이어서 모든 곡선이 같은 자취를 따라갑니다. 그래도 곡선은 여럿입니다. 같은 자취를 다른 속도로 지날 수 있기 때문입니다. 예를 들어 가 에 있다면, 는 로 움직여 에서 에 닿고, 는 로 움직여 에서 에 닿습니다. 자취는 같고 속도만 두 배인 서로 다른 곡선입니다. 이런 곡선 전체가 에서의 탄젠트 스페이스 을 만듭니다.
가 들어 있는 차트 가 있으면 그 차트가 기저를 하나 정해 줍니다. 차원이 하나라 기저 벡터도 하나입니다. 차트의 좌표를 라고 쓰면 기저 벡터는 이고, 탄젠트 스페이스의 모든 벡터 는 성분 하나로 정해집니다.
여기서 는 차트의 이름표이므로 시공간 지표처럼 합을 취하는 지표로 읽지 않습니다. 일반 상대성 이론의 합 규칙과 헷갈리지 않도록 괄호를 씌워 적었고, 어느 차트에서 읽은 성분인지를 알려 줄 뿐입니다. 성분이 하나라서 합이 필요하지도 않습니다.
Q. 를 각도 그대로 쓰는데도 굳이 차트의 항등 사상을 말해야 하나요?
A. 강의는 그렇게 말합니다. 각도 는 원 위의 점을 직접 가리키는 이름이고, 이것이 좌표가 되려면 점을 실수로 보내는 차트를 한 번 거쳐야 합니다. 이 차트가 인 항등 사상일 뿐입니다. 초급 일반 상대성 이론에서는 이 단계를 건너뛰는 일이 많지만 형식적으로는 늘 뒤에 있습니다. 원 전체를 한 구간 로 잡고 차트를 항등 사상으로 두면 가장 간단한 아틀라스가 됩니다.
접공간들을 모아 만든 번들
이제 파이버 번들의 부품을 하나씩 채웁니다. 베이스는 원 입니다. 베이스의 점 마다 탄젠트 스페이스 이 있고, 이것이 프로젝션의 원상입니다. 표준 파이버는 실수 로 정합니다. 은 기저 벡터가 하나인 벡터 스페이스이므로 성분 하나로 실수와 일대일로 대응하여 실수와 미분동형임을 쉽게 알 수 있습니다. 점마다 파이버가 하나씩 붙어 있고, 모두 의 복사본입니다.
차트 마다 점 에서 탄젠트 스페이스를 실수로 보내는 사상 를 이렇게 정의합니다. 벡터를 받아 그 벡터의 성분을 돌려줍니다.
이 사상이 매끄러운 동형사상이어서 로컬 트리비얼라이제이션의 재료가 됩니다. 토털 스페이스는 이 예에서는 가장 단순하게, 베이스와 파이버의 곱 로 정합니다. 프로젝션은 를 로 보냅니다. 이제 덮개 의 원상 전체를 곱으로 보내는 로컬 트리비얼라이제이션은 프로젝션과 를 짝지어 만듭니다. 강의가 쓰는 이름은 이고, 번들 전체에 대해서는 점마다 가 쓰입니다.
지난 편의 그림에 이 예를 맞추면 이렇습니다. 베이스 스페이스가 원이고, 토털 스페이스가 이며, 한 점 의 프로젝션 원상은 그 점의 탄젠트 스페이스이고, 그 탄젠트 스페이스를 파이버 로 보내는 것이 입니다. 번들 차트는 입니다. 이 예는 전체가 곱이라 하나의 큰 트리비얼라이제이션만으로 충분하지만, 일부러 여러 차트로 나누어 둡니다.
겹치는 곳의 전이 함수
덮개 과 이 겹치는 곳에 점 가 있다고 합시다. 는 두 차트에 모두 들어 있으므로 의 탄젠트 스페이스는 기저가 두 가지입니다. 차트 6에서는 이고 차트 1에서는 입니다. 탄젠트 스페이스 자체는 같은 하나이고 두 기저가 모두 옳습니다. 같은 벡터 가 를 거치면 성분 이 되고 를 거치면 성분 이 됩니다. 두 성분을 이어 주는 것이 전이 함수이고, 실수에서 실수로 가는 사상이니 숫자 하나를 곱하는 사상입니다.
과 은 서로 역수입니다. 이 숫자는 두 차트의 좌표가 변하는 속도의 비, 곧 이 변하는 속도를 이 변하는 속도로 나눈 값이 정합니다. 한 점 근처에서 은 빠르게 자라는데 은 천천히 자랄 수도 있고, 한쪽이 자랄 때 다른 쪽이 줄어들 수도 있습니다. 그러면 비가 큰 수가 되거나 음수가 되기도 합니다.
Q. 전이 함수라는 말이 두 가지 뜻으로 쓰이는 것 같습니다. 어떻게 구별하나요?
A. 강의도 이 점을 짚습니다. 하나는 미분 가능 매니폴드의 차트 사이에서 좌표 을 좌표 로 바꾸는 사상이고, 이 사상이 매끄러워야 매니폴드가 미분 가능해집니다. 다른 하나는 번들의 전이 함수로, 파이버 사이에서 한 트리비얼라이제이션의 값을 다른 트리비얼라이제이션의 값으로 옮기는 같은 사상입니다. 이 번들 전이 함수가 구조군의 원소가 되어야 합니다.
구조군은 얼마나 작게 줄어들까요
전이 함수는 파이버에서 파이버로 가는 미분동형사상이고, 모든 전이 함수는 구조군의 원소여야 합니다. 이 예에서 파이버는 이고 전이 함수는 0을 제외한 수를 곱하는 사상입니다. 그러니 가장 넉넉한 구조군은 0을 뺀 실수 전체 이고, 이 군은 곱셈에 대해 닫혀 있습니다. 강의는 이 군을 미분동형사상의 군 의 자리에 놓습니다. (엄밀하게는 에는 비선형 미분동형사상도 많이 들어 있고, 파이버가 벡터 스페이스여서 선형인 것만 쓰는 구조군이 입니다. 이 설명은 이해를 위해 보탠 것이고, 강의에서 따로 다룬 내용은 아닙니다.)
그런데 이 구조군이 꼭 필요한 만큼인지는 따져 봐야 합니다. 덮개가 여섯 개이면 겹침이 여섯 곳이어서 전이 함수가 과 그 역수들로 열두 개 생깁니다. 이 숫자 모음은 군이 아닙니다. 차트를 마음대로 골랐으니 숫자도 제멋대로이고, 두 개를 곱한 값이 모음 안에 있으리라는 보장이 없어 곱셈에 닫혀 있지 않기 때문입니다. 그래서 이 모음을 모두 품는 더 큰 군이 필요하고, 하나의 답이 0을 뺀 실수 전체입니다.
그렇지만 차트를 영리하게 고르면 훨씬 작은 군으로도 충분합니다. 첫째, 모든 차트의 좌표가 같은 방향으로 자라게 고르면 변하는 속도의 비가 늘 양수여서 전이 함수가 모두 양의 실수이고, 구조군은 양의 실수 전체로 줄어듭니다. 둘째, 모든 차트의 좌표가 같은 방향으로 자라고 속도까지 같게 고르면 전이 함수가 모두 1이어서 구조군은 단위원소 하나 로 줄어듭니다. 구조군이 항등원 하나로 줄어들면 이 번들은 전체가 곱 구조를 갖는 트리비얼한 번들입니다. 처음부터 토털 스페이스를 곱으로 만들었으니 이 결과는 당연합니다.
Q. 구조군을 {1}로 줄일 수 있다는 것이 번들이 트리비얼하다는 말과 같은 뜻인가요?
A. 강의에서는 같은 뜻으로 쓰입니다. 모든 전이 함수가 항등원이 되도록 아틀라스를 고를 수 있으면 로컬 트리비얼라이제이션들이 서로 어긋나지 않고 하나로 이어지므로, 번들 전체가 베이스와 파이버의 곱이 됩니다. 지난 편의 원기둥도 그런 경우였습니다.
네 차원 시공간처럼 탄젠트 스페이스가 더 큰 벡터 스페이스이면 전이 함수는 행렬이 되고, 가장 일반적인 구조군은 역행렬을 갖는 모든 행렬의 모음 , 곧 일반 선형군입니다. 차원이 하나이면 입니다.
부호 하나가 만드는 뫼비우스 띠
강의는 마지막으로 이렇게 되지 않을 수도 있었다고 말합니다. 위에서는 모든 를 같은 규칙, 곧 성분을 그대로 돌려주는 사상으로 정의했습니다. 만약 는 성분을 돌려주고 만 성분의 부호를 뒤집은 값을 돌려준다면 어떨까요. 강의는 이렇게 하면 차트를 아무리 영리하게 골라도 구조군이 아래로 줄어들지 않고, 이 군은 와 동형이며 무한한 뫼비우스 띠에 해당한다고 설명합니다. 더 이상 곱으로 만들 수 없어 토털 스페이스가 와 다른 공간이 되고, 이것은 탄젠트 번들과 다른 새로운 번들입니다. 이 작은 변화가 모든 것을 바꾸고, 구체적인 뫼비우스 띠는 다음 편에서 탄젠트 번들 없이 수학적으로 다룹니다.
여기서 한 가지를 바로잡아 둡니다. 위의 여섯 구간 배치에서 은 이웃 와 두 곳과 겹칩니다. 의 부호를 뒤집으면 과 두 곳에서 부호가 한 번씩 바뀌고, 한 바퀴를 돌며 곱한 값 은 그대로입니다. 그러므로 를 다시 뒤집어 모든 전이 함수를 1로 되돌릴 수 있고, 이 변경만으로는 아직 트리비얼한 번들입니다. 뫼비우스 띠가 되려면 겹침 한 곳에서만 이 곱해져서 한 바퀴 곱이 이 되어야 합니다. (이 바로잡음은 이해를 위해 보탠 것이고, 강의에서 따로 다룬 내용은 아닙니다. 강의는 하나를 뒤집는 것만으로 구조군이 이 된다고 말합니다.) 한 바퀴 곱이 양수이면 눈금을 다시 골라 모든 전이 함수를 1로 만들 수 있고, 음수이면 크기를 1로 맞추어도 이 하나 남아서 보다 작게 줄일 수 없습니다. (이 판정도 이해를 위해 보탠 것이고, 강의에서 따로 다룬 내용은 아닙니다.)
아래 장난감에서 직접 확인해 보세요. 구간 여섯 개는 세 개로 줄였습니다. 원 위의 점 를 끌면 가 들어 있는 덮개와 접벡터 의 성분이 보이고, 겹치는 곳에서는 두 성분의 비가 전이 함수로 나옵니다. 위쪽 단추로 차트의 눈금을 바꾸면 구조군이 까지 줄어들고, 아래 단추로 비틀기를 넣으면 한 바퀴 곱이 어떻게 바뀌는지 봅니다. 겹침 하나에만 을 넣을 때와 차트 하나의 부호를 뒤집을 때의 차이를 비교해 보세요. (이 설명은 이해를 위해 보탠 것이고, 강의에서 따로 다룬 내용은 아닙니다.)
이 예가 보여 준 것
탄젠트 번들은 점마다 탄젠트 스페이스를 하나씩 붙여 만든 파이버 번들입니다. 이 예에서는 베이스가 , 파이버가 , 토털 스페이스가 곱 이고, 프로젝션의 원상이 한 점의 탄젠트 스페이스이며, 번들 차트를 이루는 가 벡터의 성분을 돌려주는 사상이었습니다. 겹치는 곳의 전이 함수는 두 차트 좌표가 변하는 속도의 비였고, 차트를 영리하게 고르면 구조군이 로 줄어들어 번들이 트리비얼해졌습니다. 강의는 이 글에서 다룬 것이 첫 번째 번들 예이고, 전역으로 트리비얼한 번들만으로도 거의 충분하지만 트리비얼하지 않은 번들 이야기가 너무 매력적이라 다음 시간에는 뫼비우스 띠를 좀 더 다룬다고 맺습니다.
These are my notes on XylyXylyX’s What is a Manifold? lectures. This post covers lesson 13 of the playlist, The tangent bundle - an illustration. The previous post set up the definition of a fiber bundle, so this time we build the most classical example, the tangent bundle, from nothing, one piece at a time, to see where the parts of the definition actually sit. We choose the circle as the base. It has one dimension, so everything is written with a single number and only the structure stands out.
Building an atlas on the circle
First we build the manifold that will be the base. The set is the circle , and the topology is fixed by taking small open intervals on the circle as a basis. Finite intersections and arbitrary unions of these intervals are all open sets. Now we need an atlas. We cover the circle with about six open intervals . First pick a few intervals that do not overlap, then lay other intervals over the gaps between them so that neighbors overlap. The overlaps may be large.
An atlas includes not only the open sets but also, for each of them, a homeomorphism onto a subset of the real numbers, that is, a chart . A point on the circle is pointed to by an angle . Once we fix the point where , every point has an angle. The charts may be chosen arbitrarily, and the lecture gives two examples. On we use the angle as it is, , and on we use half the angle, .
Where two intervals overlap, the map that changes the coordinate of one chart into the coordinate of the other is the transition function of the charts, and in this example it is multiplication by one number. Multiplication is a map from the real numbers to the real numbers, so it can be differentiated, and the circle becomes a differentiable manifold. (Inside an overlap there may in fact be a constant added, as in , and the only thing we use later is the slope . This explanation is added for understanding and was not covered in the lecture.)
Curves on the circle and the tangent space
Take a point on the circle and think of the curves through . On the circle there is only one path a curve can take, so all curves follow the same trajectory. Still there are many curves, because the same trajectory can be traversed at different speeds. For example, if sits at , then moves as and reaches at , while moves as and reaches at . They are different curves with the same trajectory and twice the speed. The collection of all such curves makes the tangent space at .
If there is a chart containing , that chart fixes a basis. The dimension is one, so there is one basis vector. Writing the coordinate of the chart as , the basis vector is , and every vector of the tangent space is fixed by one component.
Here is not a spacetime index. It is the label of the chart, so it is not an index to be summed. I put it in parentheses so that it is not confused with the summation rule of general relativity, and it only tells us in which chart the component was read. There is a single component, so no sum is needed either.
Q. Even when we use the angle as as it is, must we still speak of the identity map of a chart?
A. The lecture says so. The angle is a name that points directly at a point of the circle, and for it to become a coordinate it has to pass once through a chart that sends the point to a real number. This chart just happens to be the identity map . Elementary general relativity often skips this step, but formally it is always there behind the scenes. Taking the whole circle as one interval with the identity map as the chart gives the simplest atlas.
The bundle made from the tangent spaces
Now we fill in the parts of a fiber bundle one by one. The base is the circle . At each point of the base there is a tangent space , and this is the preimage of the projection. We take the standard fiber to be the real numbers . is a vector space with one basis vector, so it corresponds one to one with the real numbers through a single component, and it is easy to see that it is diffeomorphic to the real numbers. One fiber is attached at each point, and all are copies of .
For each chart and point , we define the map from the tangent space to the real numbers as follows. It takes a vector and returns the component of that vector.
This map is a smooth isomorphism, and it is the material for a local trivialization. For the total space, in this example we take the simplest choice, the product of the base and the fiber, . The projection sends to . The local trivialization that sends the whole preimage of a cover set to a product is built by pairing the projection with . The lecture calls it , and across the whole bundle is used at each point.
Fitting this example onto the picture from the previous post gives the following. The base space is the circle, the total space is , the preimage of a point under the projection is the tangent space at that point, and what sends that tangent space to the fiber is . The bundle chart is . This example is a product as a whole, so one big trivialization would be enough, but we deliberately split it into several charts.
Transition functions on the overlaps
Suppose a point lies in the overlap of the cover sets and . lies in both charts, so the tangent space at has two bases. In chart 6 it is and in chart 1 it is . The tangent space itself is one and the same, and both bases are correct. The same vector becomes the component through and the component through . What connects the two components is the transition function, and since it is a map from the real numbers to the real numbers, it is multiplication by one number.
and are reciprocals of each other. This number is fixed by the ratio of the speeds at which the coordinates of the two charts change, that is, the speed at which changes divided by the speed at which changes. Near a point, may grow fast while grows slowly, and one may shrink while the other grows. Then the ratio can be a large number or a negative number.
Q. The words transition function seem to be used in two meanings. How do we tell them apart?
A. The lecture points this out too. One is the map between charts of a differentiable manifold that changes the coordinate into the coordinate , and this map must be smooth for the manifold to be differentiable. The other is the transition function of the bundle, a map such as that carries the value of one trivialization to the value of another between fibers. This bundle transition function must be an element of the structure group.
How small can the structure group get?
A transition function is a diffeomorphism from fiber to fiber, and every transition function must be an element of the structure group. In this example the fiber is and a transition function is multiplication by a nonzero number. So the most generous structure group is all real numbers except 0, , and this group is closed under multiplication. The lecture puts this group in the place of the diffeomorphism group . (Strictly, contains many nonlinear diffeomorphisms as well, and since the fiber is a vector space, the structure group that uses only the linear ones is . This explanation is added for understanding and was not covered in the lecture.)
But we have to ask whether this structure group is just as large as we need. With six cover sets there are six overlaps, so the transition functions are and their reciprocals, twelve in all. This collection of numbers is not a group. We chose the charts freely, so the numbers are arbitrary, and nothing guarantees that the product of two of them lies in the collection, so it is not closed under multiplication. So we need a larger group that contains the whole collection, and one answer is all real numbers except 0.
But if we choose the charts cleverly, a much smaller group is enough. First, if we choose all coordinates to grow in the same direction, the ratio of speeds is always positive, so all transition functions are positive reals, and the structure group shrinks to all positive reals. Second, if we choose all coordinates to grow in the same direction and at the same speed, all transition functions are 1, and the structure group shrinks to the single identity element . When the structure group shrinks to one identity element, the bundle is a trivial bundle with a product structure over the whole space. We made the total space a product from the start, so this result is no surprise.
Q. Does being able to shrink the structure group to {1} mean the same as the bundle being trivial?
A. In the lecture they are used as the same thing. If we can choose the atlas so that every transition function is the identity, the local trivializations do not disagree and join into one, so the whole bundle is the product of the base and the fiber. The cylinder of the previous post was such a case.
If the tangent space is a larger vector space, as in four-dimensional spacetime, the transition functions become matrices instead of numbers, and the most general structure group is the collection of all matrices with nonzero determinant, , the general linear group. In one dimension .
The Möbius strip that one sign makes
The lecture ends by saying it need not have turned out this way. Above, we defined all the by the same rule, returning the component as it is. Suppose return the component and only returns the component with its sign flipped. The lecture explains that then, however cleverly we choose the charts, the structure group does not shrink below , that this group is isomorphic to , and that it corresponds to an infinite Möbius strip. We can no longer make it a product, so the total space becomes a space other than , and this is a new bundle that is not the tangent bundle. This small change changes everything, and the next post treats the concrete Möbius strip mathematically, without the tangent bundle.
Let me correct one thing here. In the six-interval arrangement above, overlaps its two neighbors and . If we flip the sign of , the sign changes once at each of the two places and , and the value multiplied around the loop stays the same. So we can flip back to return all transition functions to 1, and this change alone still gives a trivial bundle. To get a Möbius strip, must be multiplied at only one overlap, so that the product around the loop is . (This correction is added for understanding and was not covered in the lecture. The lecture says that flipping the single already makes the structure group .) If the product around the loop is positive, we can choose the scales again to make all transition functions 1, and if it is negative, a single remains even after we match the sizes to 1, so it cannot be reduced below . (This criterion is also added for understanding and was not covered in the lecture.)
Try it in the toy below. I cut the six intervals down to three. Drag the point on the circle to see the cover sets containing and the components of the tangent vector , and on an overlap the ratio of the two components appears as the transition function. When you change the chart scales with the upper buttons, the structure group shrinks down to , and with the lower buttons you put in a twist and see how the product around the loop changes. Compare putting on a single overlap with flipping the sign of one chart. (This explanation is added for understanding and was not covered in the lecture.)
What this example showed
The tangent bundle is a fiber bundle made by attaching one tangent space at each point. In this example the base was , the fiber and the total space the product . The preimage of the projection was the tangent space at a point, and the that formed the bundle charts was the map returning the component of a vector. The transition function on an overlap was the ratio of the speeds at which the two chart coordinates change, and when we chose the charts cleverly the structure group shrank to and the bundle became trivial. The lecture closes by saying that what we covered here is the first example of a bundle, that knowing globally trivial bundles is almost enough, but that talking about nontrivial ones is too tempting, so the next time will treat the Möbius strip a little more.
Comments댓글