Poezd yo'llari xaritasi - Train track map

Ning matematik mavzusida geometrik guruh nazariyasi, a poezd yo'llari xaritasi doimiy xaritadir f cheklangan ulangan grafik o'zi uchun bu homotopiya ekvivalenti va takrorlanishlarga nisbatan juda yaxshi bekor qilish xususiyatlariga ega. Ushbu xarita har bir chekka uchun xususiyat bilan tepaliklarni tepalarga, qirralarni esa noan'anaviy chekka yo'llarga yuboradi. e va har bir musbat butun son uchun n yo'l fn(e) suvga cho'mgan, anavi fn(e) mahalliy sifatida in'ektsiya hisoblanadi e. Poezd-trek xaritalari dinamikasini tahlil qilishda asosiy vosita hisoblanadi avtomorfizmlar ning nihoyatda hosil bo'lgan bepul guruhlar va o'rganishda KlerlerVogtmann Kosmik fazo.

Tarix

Erkin guruhli avtomorfizmlar uchun poezd yo'llari xaritalari 1992 yilda chop etilgan Bestvina va Handel.[1] Ushbu tushunchani Thurston asoslagan poezd yo'llari sirtlarda, ammo erkin guruh ishi sezilarli darajada farq qiladi va murakkabroq. Bestvina va Handel o'zlarining 1992 yildagi maqolalarida har qanday qisqartirilmas avtomorfizm isbotlangan Fn poezd-trek vakili bor. Xuddi shu maqolada ular a tushunchasini kiritdilar nisbiy poezd yo'li va hal qilish uchun qo'llaniladigan poezd yo'llarining usullari[1] The Scott gumoni har bir avtomorfizm uchun buni aytadi a nihoyatda hosil bo'lgan bepul guruh Fn ning sobit kichik guruhi a bepul daraja ko'pi bilan n. Keyingi maqolada[2] Bestvina va Handel Thurston tasnifining samarali tasdig'ini olish uchun poezd izlari usullarini qo'lladilar gomeomorfizmlar ixcham yuzalar (chegarasiz yoki chegarasiz), bu shunday deyiladi gomeomorfizm ga qadar izotopiya, yoki kamaytirilishi mumkin, cheklangan tartibda yoki psevdo-anosov.

O'shandan buyon poezd yo'llari erkin guruhlar va Out () kichik guruhlari avtomorfizmlarining algebraik, geometrik va dinamik xususiyatlarini o'rganishda standart vosita bo'ldi.Fn). Poezd yo'llari ayniqsa foydalidir, chunki ular uzoq muddatli o'sishni (uzunlik jihatidan) va avtomorfizmning katta takrorlanuvchilari uchun bekor qilinishini tushunishga imkon beradi. Fn ma'lum bir narsaga nisbatan qo'llaniladi konjuge sinf yilda Fn. Ushbu ma'lumot, ayniqsa, Out elementlari ta'sirining dinamikasini o'rganishda foydalidir (Fn) Kuller-Fogtmann tashqi fazosi va uning chegarasi va o'rganish paytida Fn ning harakatlari haqiqiy daraxtlar.[3][4][5] Poezd yo'llari qo'llanilishining misollariga quyidagilar kiradi: Brinkmann teoremasi[6] buni avtomorfizm uchun isbotlash a ning Fn torus guruhini xaritalash a bu so'z-giperbolik agar va faqat agar a davriy konjugatsiya darslari yo'q; Bridson va Groves teoremasi[7] har bir avtomorfizm uchun a ning Fn torus guruhini xaritalash a kvadratikni qondiradi izoperimetrik tengsizlik; ning algoritmik echimliligi isboti konjugatsiya muammosi tsiklsiz guruhlar uchun;[8] va boshqalar.

Bestvina, Feighn va Handel tomonidan tasdiqlangan asosiy vosita poezd yo'llari edi.Fn) qoniqtiradi Ko'krak muqobil.[9][10]

Enjeksiyon uchun poezd yo'llarining mexanizmi endomorfizmlar ning bepul guruhlar keyinchalik Dik va Ventura tomonidan ishlab chiqilgan.[11]

Rasmiy ta'rif

Kombinatorial xarita

Cheklangan grafik uchun Γ (bu erda 1 o'lchovli deb o'ylashadi hujayra kompleksi ) a kombinatorial xarita doimiy xaritadir

f : Γ → Γ

shu kabi:

  • Xarita f tepaliklarni tepaliklarga olib boradi.
  • Har bir chekka uchun e ning Γ uning qiyofasi f(e) noan'anaviy chekka yo'ldir e1...em yilda Γ qayerda m ≥ 1. Bundan tashqari, e ga bo'lish mumkin m interyerlari shunday men- interval xaritada ko'rsatilgan f gomomorfik ravishda qirralarning ichki qismiga emen uchun men = 1,...,m.

Poezd yo'llari xaritasi

Ruxsat bering Γ cheklangan bog'langan grafik bo'ling. Kombinatorial xarita f : Γ → Γ deyiladi a poezd yo'llari xaritasi agar har bir chekka uchun bo'lsa e ning Γ va har bir butun son n ≥ 1 chekka yo'l fn(e) backtreklarni o'z ichiga olmaydi, ya'ni shaklning pastki yo'llarini o'z ichiga olmaydi hh−1 qayerda h ning chekkasi Γ. Boshqacha qilib aytganda, ning cheklanishi fn ga e har bir chekka uchun mahalliy darajada in'ektsiya (yoki immersion) hisoblanadi e va har bir n ≥ 1.

Ishga tatbiq etilganda n = 1, bu ta'rif, xususan, yo'lni anglatadi f(e) backtrak yo'q.

Topologik vakil

Ruxsat bering Fk bo'lishi a bepul guruh cheklangan darajadagi k ≥ 2. Bepul asosni tuzating A ning Fk va identifikatsiya qilish Fk bilan asosiy guruh ning atirgul Rk bu xanjar k ning asos elementlariga mos keladigan doiralar A.

Ruxsat bering φ ∈ Chiqish (Fk) ning tashqi avtomorfizmi bo'lishi mumkin Fk.

A topologik vakil ning φ uch karra (τ, Γ, f) qaerda:

  • Γ birinchisi bilan cheklangan bog'liq grafik betti raqami k (shunday qilib asosiy guruh ning Γ unvonga ega emas k).
  • τ : Rk → Γ a homotopiya ekvivalenti (bu holda, bu degani τ bu izomorfizmni asosiy guruhlar darajasida keltirib chiqaradigan doimiy xarita).
  • f : Γ → Γ kombinatorial xarita bo'lib, u ham homotopiya ekvivalenti hisoblanadi.
  • Agar σ : Γ → Rk ning teskari homotopiyasidir τ keyin kompozitsiya
τfτ : Rk → Rk
ning avtomorfizmini keltirib chiqaradi Fk = π1(Rk) tashqi avtomorfizm sinfi teng bo'lgan φ.

Xarita τ yuqoridagi ta'rifda a deyiladi belgilash va odatda topologik vakillar muhokama qilinganda bostiriladi. Shunday qilib, yozuvlarni suiiste'mol qilish orqali, yuqoridagi vaziyatda ko'pincha aytadi f : Γ → Γ ning topologik vakili hisoblanadi φ.

Poezd yo'lining vakili

Ruxsat bering φ ∈ Chiqish (Fk) ning tashqi avtomorfizmi bo'lishi mumkin Fk. Topologik vakili bo'lgan poezd izlari xaritasi φ deyiladi a poezd yo'lining vakili ning φ.

Qonuniy va noqonuniy burilishlar

Ruxsat bering f : Γ → Γ kombinatorial xarita bo'ling. A burilish tartibsiz juftlik e, h yo'naltirilgan qirralarning Γ (mutlaqo alohida emas) umumiy boshlang'ich vertexga ega. Burilish e, h bu buzilib ketgan agar e = h va noaniq aks holda.

Burilish e, h bu noqonuniy agar kimdir uchun bo'lsa n ≥ 1 yo'llar fn(e) va fn(h) noan'anaviy umumiy boshlang'ich segmentga ega (ya'ni ular bir xil qirradan boshlanadi). Navbat qonuniy agar bo'lmasa noqonuniy.

Yon yo'l e1,..., em deyiladi o'z ichiga oladi burilishlar emen−1, emen+1 uchun men = 1,...,m−1.

Kombinatorial xarita f : Γ → Γ har bir chekka uchun bo'lsa, poezd-trek xaritasi e ning Γ yo'l f(e) noqonuniy burilishlarni o'z ichiga olmaydi.

Derivativ xarita

Ruxsat bering f : Γ → Γ kombinatorial xarita bo'lsin va ruxsat bering E ning yo'naltirilgan qirralarining to'plami bo'lishi Γ. Keyin f uni belgilaydi lotin xaritasi Df : E → E har bir chekka uchun qaerda e Df(e) bu yo'lning boshlang'ich chetidir f(e). Xarita Df tabiiy ravishda xaritaga cho'ziladi Df : T → T qayerda T barcha burilishlar to'plami Γ. Navbat uchun t chekka juftlik tomonidan berilgan e, h, uning tasviri Df(t) navbat Df(e), Df(h). Burilish t har bir kishi uchun bo'lsa va faqat qonuniydir n ≥ 1 burilish (Df)n(t) noaniq. To'plamdan beri T burilishlar cheklangan, bu haqiqat berilgan burilish qonuniy yoki yo'qligini algoritmik ravishda aniqlashga imkon beradi va shuning uchun berilgan algoritmik ravishda qaror qabul qiladi f, shunaqami yoki yo'qmi f poezd-trek xaritasi.

Misollar

Ruxsat bering φ ning avtomorfizmi bo'ling F(a,b) tomonidan berilgan φ(a) = b, φ(b) = ab. Ruxsat bering Γ ikkita halqaning chekkalari bo'ling Ea va Eb erkin asos elementlariga mos keladi a va b, tepada takozlangan v. Ruxsat bering f : Γ → Γ tuzatadigan xarita bo'ling v va chetini yuboradi Ea ga Eb va bu chekka yuboradi Eb chekka yo'lga EaEb.Shunda f ning poezd yo'lining vakili φ.

Kamaytirilgan avtomorfizmlarning asosiy natijasi

Qaytarib bo'lmaydigan avtomorfizmlar

Tashqi avtomorfizm φ ning Fk deb aytilgan kamaytirilishi mumkin agar mahsulotning bepul parchalanishi mavjud bo'lsa

hamma qayerda Hmen nodavlat, qaerda m ≥ 1 va qaerda φ ning konjugatsiya sinflarini buzadi H1,...,Hm yilda Fk. Tashqi avtomorfizm φ ning Fk deb aytilgan qisqartirilmaydi agar u kamaytirilmasa.

Bu aniq[1] bu φ ∈ Chiqish (Fk) har bir topologik vakil uchun bo'lsa, faqat kamaytirilmaydif : Γ → Γ ning φ, qayerda Γ cheklangan, bir-biriga bog'langan va hech qanday daraja yo'q f-variant subgrafasi Γ o'rmon.

Bestvina - Handel teoremasi qisqartirilmaydigan avtomorfizmlar uchun

Quyidagi natija Bestvina va Handel tomonidan 1992 yildagi ishlarida olingan[1] dastlab poezd yo'llari xaritalari joriy qilingan:

Ruxsat bering φ ∈ Chiqish (Fk) qisqartirilmaydi. Keyin poezd yo'lining vakili mavjud φ.

Dalilning eskizi

Topologik vakil uchun f:ΓΓ avtomorfizm φ ning Fk The o'tish matritsasi M(f) an rxr matritsa (qaerda r ning topologik qirralarining soni Γ) kirish joyi mij bu yo'lning necha marta borligi f(ej) chetidan o'tadi emen (har ikki yo'nalishda ham). Agar φ qisqartirilmaydi, o'tish matritsasi M(f) qisqartirilmaydi ma'nosida Perron-Frobenius teoremasi va u o'ziga xos xususiyatga ega Perron-Frobenius o'ziga xos qiymati λ(f) Ning spektral radiusiga teng bo'lgan 1 M(f).

Keyin biri boshqasini belgilaydi harakat qiladi ning topologik vakillari to'g'risida φ bularning hammasi kamayishi yoki saqlanib qolishi Perron-Frobenius o'ziga xos qiymati o'tish matritsasi. Ushbu harakatlar quyidagilarni o'z ichiga oladi: chekkani ajratish; valentlik-bitta homotopiya (daraja-vertexdan xalos bo'lish); valentlik-ikkita gomotopiya (ikki darajali tepalikdan xalos bo'lish); o'zgarmas o'rmonni qulab tushirish; va katlama. Ushbu harakatlarning valentlik-gomotopiyasi har doim Perron-Frobeniusning o'ziga xos qiymatini pasaytiradi.

Ba'zi topologik vakillardan boshlang f qisqartirilmaydigan avtomorfizm φ keyin algoritmik ravishda topologik vakillar ketma-ketligini tuzadi

f = f1, f2, f3,...

ning φ qayerda fn dan olingan fn−1 maxsus tanlangan bir nechta harakatlar bilan. Ushbu ketma-ketlikda, agar fn Bu poezdlar harakati xaritasi emas, keyin harakatlarni ishlab chiqaradi fn+1 dan fn Perron-Frobeniusning o'ziga xos qiymati bo'lishi uchun buklanishlar ketma-ketligini, so'ngra valentlik-bitta homotopiyani o'z ichiga oladi. fn+1 ga nisbatan qat'iyan kichikroq fn. Jarayon shunday joylashtirilganki, xaritalarning Perron - Frobenius xos qiymatlari mavjud fn ning alohida diskretida qiymatlarni qabul qiling . Bu jarayon cheklangan sonli bosqichda va oxirgi muddatda tugashini kafolatlaydi fN ketma-ketligi - bu poezd yo'lining vakili φ.

O'sish uchun qo'llanmalar

Yuqoridagi teoremaning natijasi (qo'shimcha dalillarni talab qiladigan) quyidagicha:[1]

  • Agar φ ∈ Chiqish (Fk) keyin Perron-Frobenius xos qiymati kamaytirilmaydi λ(f) poezd yo'lining vakili tanloviga bog'liq emas f ning φ lekin o'ziga xos tarzda aniqlanadi φ o'zi va bilan belgilanadi λ(φ). Raqam λ(φ) deyiladi o'sish sur'ati ning φ.
  • Agar φ ∈ Chiqish (Fk) kamaytirilmaydi va cheksiz tartibda bo'ladi λ(φ)> 1. Bundan tashqari, bu holda har bir bepul asos uchun X ning Fk va ko'pgina nodavlat qiymatlari uchun w ∈ Fk mavjud C ≥ 1 shunday hamma uchun n ≥ 1
qayerda ||siz||X elementning tsikli qisqartirilgan uzunligi siz ning Fk munosabat bilan X. Faqatgina istisnolar qachon sodir bo'ladi Fk chegara bilan ixcham sirtning asosiy guruhiga mos keladi Sva φ ning psevdo-Anosov gomeomorfizmiga to'g'ri keladi Sva w chegarasining tarkibiy qismi atrofida aylanadigan yo'lga to'g'ri keladi S.

Elementlaridan farqli o'laroq sinf guruhlarini xaritalash, kamaytirilmaydigan narsa uchun φ ∈ Chiqish (Fk) ko'pincha shunday bo'ladi[12] bu

λ(φ) ≠ λ(φ−1).

Nisbiy poezd yo'llari

Ilovalar va umumlashtirish

  • Dastlabki poezd yo'llarining qo'llanilishi Bestvina va Handelning 1992 yilgi asl nusxasida keltirilgan[1] bu erda poezd yo'llari kiritildi. Qog'ozda isboti berilgan Scott gumoni har bir avtomorfizm uchun buni aytadi a nihoyatda hosil bo'lgan bepul guruh Fn ning sobit kichik guruhi a ko'pi bilan martabadan xoli n.
  • Keyingi maqolada[2] Bestvina va Handel Thurston tasnifining samarali tasdig'ini olish uchun poezd izlari usullarini qo'lladilar gomeomorfizmlar ixcham yuzalar (chegarasiz yoki chegarasiz), bu shunday deyiladi gomeomorfizm ga qadar izotopiya, cheklangan tartibda yoki kamaytirilishi mumkin psevdo-anosov.
  • Poezd yo'llari Losning "Out" ning ikkita kamaytirilmaydigan elementi yoki yo'qligini hal qilish algoritmidagi asosiy vositadir (Fn) bor birlashtirmoq Chiqish (Fn).[13]
  • Brinkman teoremasi[6] buni avtomorfizm uchun isbotlash a ning Fn torus guruhini xaritalash a bu so'z-giperbolik agar va faqat agar a davriy konjugatsiya darslari yo'q.
  • Levitt va Lyustig teoremasi a to'liq qisqartirilmaydigan avtomorfizm a Fn ning Torton tipidagi ixchamlashda ish olib borishda "shimoliy-janubiy" dinamikaga ega Kuller-Vogtmann tashqi makon.[4]
  • Bridson va Groves teoremasi[7] har bir avtomorfizm uchun a ning Fn torus guruhini xaritalash a kvadratikni qondiradi izoperimetrik tengsizlik.
  • Bestvina, Feighn va Handel tomonidan guruhning chiqishi (Fn) qoniqtiradi Ko'krak muqobil.[9][10]
  • Avtomorfizm berilgan algoritm a ning Fn, ning belgilangan kichik guruhi yoki yo'qligini hal qiladi a ahamiyatsiz va ushbu sobit kichik guruh uchun cheklangan ishlab chiqaruvchi to'plamni topadi.[14]
  • Ning algoritmik eruvchanligini isboti konjugatsiya muammosi Bogopolski, Martino, Maslakova va Venturaning bepul tsiklli guruhlari uchun.[8]
  • Enjeksiyon uchun poezd yo'llarining mexanizmi endomorfizmlar ning bepul guruhlar, avtomorfizmlar holatini umumlashtirib, 1996 yil Diks va Venturaning kitobida ishlab chiqilgan.[11]

Shuningdek qarang

Asosiy ma'lumotnomalar

  • Bestvina, Mladen; Handel, Maykl (1992). "Poezd yo'llari va erkin guruhlarning avtomorfizmlari". Matematika yilnomalari. Ikkinchi seriya. 135 (1): 1–51. doi:10.2307/2946562. JSTOR  2946562. JANOB  1147956.
  • Uorren Diks va Enrik Ventura. Erkin guruhning in'ektsion endomorfizmlari oilasi tomonidan tuzilgan guruh. Zamonaviy matematika, 195. Amerika Matematik Jamiyati, Providence, RI, 1996. ISBN  0-8218-0564-9
  • Oleg Bogopolski. Guruh nazariyasiga kirish. Matematikadan EMS darsliklari. Evropa matematik jamiyati, Syurix, 2008 yil. ISBN  978-3-03719-041-8

Izohlar

  1. ^ a b v d e f Mladen Bestvina va Maykl Xandel, Erkin guruhlarning treklari va avtomorfizmlari. Matematika yilnomalari (2), jild 135 (1992), yo'q. 1, 1-51 betlar
  2. ^ a b Mladen Bestvina va Maykl Xandel. Yuzaki gomomorfizmlar uchun temir yo'llar.[o'lik havola ]Topologiya, vol. 34 (1995), yo'q. 1, 109-140 betlar.
  3. ^ M. Bestvina, M. Feighn, M. Handel, Erkin guruhlarning laminatsiyalari, daraxtlari va kamayib bo'lmaydigan avtomorfizmlari. Geometrik va funktsional tahlil, vol. 7 (1997), yo'q. 2, 215-244
  4. ^ a b Gilbert Levitt va Martin Lyustig, F ning kamaytirilmaydigan avtomorfizmlarin siqilgan tashqi makonda shimoliy-janubiy dinamikaga ega. Jussieu Matematika instituti jurnali, jild. 2 (2003), yo'q. 1, 59-72
  5. ^ Gilbert Levitt va Martin Lyustig, Erkin guruhlarning otomorfizmlari asimptotik davriy dinamikaga ega.[doimiy o'lik havola ] Krelning jurnali, vol. 619 (2008), 1-36 betlar
  6. ^ a b P. Brinkmann, Erkin guruhlarning giperbolik avtomorfizmlari. Geometrik va funktsional tahlil, vol. 10 (2000), yo'q. 5, 1071-1089-betlar
  7. ^ a b Martin R. Bridson va Daniel Grivz. Erkin guruhli avtomorfizmlarning tori xaritasini tuzish uchun kvadratik izoperimetrik tengsizlik. Amerika matematik jamiyati xotiralari, paydo bo'lishi.
  8. ^ a b O. Bogopolski, A. Martino, O. Maslakova, E. Ventura, Konjugatsiya muammosi erkin tsiklik guruhlarda hal etiladi. London Matematik Jamiyati Axborotnomasi, vol. 38 (2006), yo'q. 5, 787-794-betlar
  9. ^ a b Mladen Bestvina, Mark Feyn va Maykl Xandel. Out uchun Tits alternativi (F.)n). I. Eksponentsial ravishda o'sib boruvchi avtomorfizmlar dinamikasi. Matematika yilnomalari (2), jild 151 (2000), yo'q. 2, 517-623 betlar
  10. ^ a b Mladen Bestvina, Mark Feyn va Maykl Xandel. Out uchun Tits alternativi (F.)n). II. Kolchin tipidagi teorema. Matematika yilnomalari (2), jild 161 (2005), yo'q. 1, 1-59 betlar
  11. ^ a b Uorren Diks va Enrik Ventura. Erkin guruhning in'ektsion endomorfizmlari oilasi tomonidan tuzilgan guruh. Zamonaviy matematika, 195. Amerika matematik jamiyati, Providence, RI, 1996 yil. ISBN  0-8218-0564-9
  12. ^ Maykl Xandel va Li Mosher, Tashqi avtomorfizmning kengayish omillari va unga teskari.Amerika Matematik Jamiyatining operatsiyalari, vol. 359 (2007), yo'q. 7, 3185 3208
  13. ^ Jerom E. Los, Erkin guruhlarning avtomorfizmlari uchun konjugatsiya muammosi to'g'risida.[o'lik havola ] Topologiya, vol. 35 (1996), yo'q. 3, 779-806-betlar
  14. ^ O. S. Maslakova. Erkin guruh avtomorfizmining sobit nuqta guruhi. (Ruscha). Algebra Logika, vol. 42 (2003), yo'q. 4, 422-472 betlar; algebra va mantiq tarjimasi, vol. 42 (2003), yo'q. 4, 237-265-betlar

Tashqi havolalar

  • Piter Brinkmanning minikoursi poezd yo'llarida qayd etadi [1][2][3][4]