Fibré vectoriel

En topologie différentielle, un fibré vectoriel est une construction géométrique ayant une parenté avec le produit cartésien, mais apportant une structure globale plus riche. Elle fait intervenir un espace topologique appelé base et un espace vectoriel modèle appelé fibre modèle. À chaque point de la base est associée une fibre copie de la fibre modèle, l'ensemble formant un nouvel espace topologique : l'espace total du fibré. Celui-ci admet localement la structure d'un produit cartésien de la base par la fibre modèle, mais peut avoir une topologie globale plus compliquée.

Les fibrés vectoriels sont donc un cas particulier de fibré, ayant pour fibres des espaces vectoriels.

Définition

Pour définir un fibré vectoriel de rang n ( entier naturel), il faut se donner :

  • deux espaces topologiques : X (la base) et E (l'espace total) ;
  • une application continue π de E dans X (la projection) ;
  • une structure d'espace vectoriel sur chaque fibre π−1({x}).

On définit une trivialisation locale : c'est la donnée d'un ouvert U inclus dans la base, et d'un homéomorphisme φ de trivialisation : U × Rn → π−1(U) tel que pour tout point x de U :

  • πφ(x,v) = x pour tous les vecteurs v de Rn ;
  • l'application v φ(x,v) induit un isomorphisme de Rn sur π−1({x}).

La dernière propriété pour parler de fibré vectoriel est que chaque élément de la base est contenu dans un voisinage ouvert U de trivialisation.

En pratique, il peut être intéressant d'ajouter des hypothèses de régularité supplémentaires. Par exemple, le fibré vectoriel est dit différentiable de classe lorsque :

  • X et E sont des variétés différentielles de classe  ;
  • La projection est de classe  ;
  • Il existe des trivialisations locales de classe .
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