观念
微分算子的解析指标是一个同伦不变量.
定义
Fredholm 算子 $F$ 的解析指标定义为其核的维数与余核的维数之差 (假设二者均有限), 即
$$
\operatorname{ind}F=\dim\ker F - \dim \operatorname{coker}F.
$$
也即复形
$$
\cdots\to 0 \to H \overset{F}{\to} H \to 0 \to \cdots
$$
的 Euler 数.
椭圆算子是 Fredholm 算子, 其核与余核均为有限维空间, 从而可定义解析指标. 更一般地, 设 $(E_p,D_p)$ 为椭圆复形, 其解析指标为 $\displaystyle \sum_p (-1)^p \dim\ker D_p$.
性质
蛇引理
定理. (蛇引理) 设有如下短正合列的态射, 其中 $F,F',F''$ 均为 Fredholm 算子.
$$
\begin{array}{ccccccccc}
0 & \to & H_1 & \to & H_1' & \to & H_1'' &\to & 0\\
& & \downarrow F\hspace{-1em} & & \downarrow F'\hspace{-1.1em} & & \downarrow F''\hspace{-1.2em} & &\\
0 & \to & H_2 & \to & H_2' & \to & H_2'' &\to & 0
\end{array}
$$
那么
$$
\operatorname{ind}F-\operatorname{ind}F'+\operatorname{ind}F''=0.
$$
下面给出上述定理的应用.
命题. 对于有限秩算子 $K\colon H\to H$ (即 $\dim\operatorname{im}K$ 有限) 有 $\operatorname{id}+K$ 是 Fredholm 算子且其指标为 $0$.
证明. 对短正合列 $0\to \operatorname{im}K \to H \to \operatorname{coker}K\to 0$ 到自身的态射 $\operatorname{id}+K$ 使用蛇引理, 可得三个指标的关系; 左边的指标等于 $0$ 是因为 $\operatorname{im}K$ 为有限维空间, 右边的指标等于 $0$ 是因为 $\operatorname{id}+K$ 在 $\operatorname{coker}K$ 上等于恒等算子.
同伦不变性
相关概念
Dirac 算子