Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике Хорошо известно (см., например, [130]), что любая функция Морса на любом гладком многообразии может быть аппроксимирована функцией Морса, у которой на каждом критическом уровне лежит ровно одна критическая точка. Другими словами, сколь угодно малым шевелением можно развести критические точки функции на разные уровни. Ясно, что такое возмущение функции Морса превращает сложную молекулу в простую, т.е. в молекулу, атомы которой суть только $A, B$ и $\widetilde{B}$. Атом $\widetilde{B}$ может появиться лишь в том случае, когда поверхность $X$ неориентируема. Отметим, что возмущение функции Морca, делающее сложную молекулу простой, может разрушить исходную симметрию функции Морса. Наличие симметрии обычно делает молекулу сложной. Возмущая функцию, мы теряем информацию о симметриях. Поэтому, желая изучать симметрии функций, следует изучать именно сложные атомы и молекулы, а не их возмущения. Обсудим теперь следующий общий вопрос. Возьмем две функции Морса $f$ и $g$ на одной и той же двумерной замкнутой поверхности и попытаемся гладко продеформировать их друг в друга в классе функций Морса. Спрашивается, когда это возможно? Какие условия нужно наложить на функции, чтобы они деформировались друг в друга указанным образом? Одно из очевидных необходимых условий состоит в том, что функции $f$ и $g$ должны иметь одинаковое число локальных минимумов и одинаковое число локальных максимумов. Тогда, очевидно, и количество $r$ седловых критических точек у них совпадет. Ясно, что $r=p+q-\chi(M)$, где $\chi(M)=2-2 g$ или $2-\mu$ – эйлерова характеристика поверхности $M, g$ и $\mu$ – род поверхности $M$ (число ручек в ориентируемом и число пленок Мебиуса в неориентируемом случае). Необходимость указанного условия вытекает из того, что в процессе деформации не должны рождаться и уничтожаться критические точки, поскольку любое «рождение» или «уничтожение» означает переход через неморсовскую особенность. Следовательно, вопрос нужно ставить так: является ли линейно связным пространство функций Морса на данной двумерной замкнутой поверхности с фиксированным числом локальных минимумов и максимумов? Сразу возникает естественная мысль – изучить деформации функций Морса при помощи молекул. Нетрудно показать, что если изобразить обе указанные функции Mорса $f$ и $g$ в виде молекул $W(f)$ и $W(g)$, то можно построить деформацию одной молекулы в другую посредством серии последовательных элементарных перестроек. На первом шаге эти молекулы можно превратить в простые молекулы (только с атомами $A$ и $B$ ). Затем следует рассмотреть элементарные перестройки, меняющие местами два соседних седла на молекуле. Эти перестройки можно описать так. Всего их четыре и все они изображены на рис. 2.75 (a, b, c, d) и на рис. 2.76. Каждая перестройка описывается одним из атомов $C_{1}, C_{2}, D_{1}, D_{2}$. На рисунке 2.75 показана соответствующая перестройка уровней функции Морса. Таким образом, элементарные перестройки позволяют упрощать молекулы функций Морса. Поскольку молекула $W$ определяет функцию Морса с точностью до послойного диффеоморфизма поверхности на себя, то из этой теоремы вытекает следующее утверждение. лом локальных минимумов и максимумов на замкнутой двумерной поверхности можно гладко продеформировать друг в друга с точностью до диффеоморфизма поверхности на себя. То есть, всегда существует такой диффеоморфизм $\xi: M^{2} \rightarrow M^{2}$ и гладкая деформация $\phi_{t}: M^{2} \rightarrow \mathbb{R}$, где $\phi_{0}=f$, такие, что $g=\phi_{1} \circ \xi$. Рассмотрим произвольную замкнутую двумерную поверхность $M$. Обозначим через $F(M, p, q)$ совокупность всех функций Морса на этой поверхности, имеющих фиксированное число $p$ точек локальных минимумов и фиксированное число $q$ точек локальных максимумов. Эту теорему полезно переформулировать на языке поверхностей с краем. Пусть $P$ – поверхность с краем, граничные компоненты которой разбиты на два класса $\partial_{+} P$ и $\partial_{-} P$ : положительные и отрицательные окружности. Пусть имеется $p$ отрицательных окружностей и $q$ положительных. Обозначим через $F(P)$ пространство всех функций $f$ Морса на поверхности $P$ со следующими свойствами. Развивая идеи С.В.Матвеева, Е. А.Кудрявцева доказала следующие усиления этого результата. Иногда при деформации функции Морса полезно следить за поведением каждой ее критической точки. Другими словами, иногда полезно учитывать порядок критических точек функции. Также полезно в некоторых ситуациях следить за следующим обстоятельством. В каждой седловой критической точке функции Морса определены две входящие сепаратрисы, образующие в совокупности некоторую дугу, которую естественно назвать сепаратрисной дугой. В процессе деформации функции эта дуга тоже как-то деформируется и перестраивается, взаимодействуя с другими аналогичными дугами. Зададим на каждой такой дуге ориентацию. Полезно выяснить – можно ли продеформировать одну функцию Морса в другую, чтобы совместить не только сами функции, но и ориентации всех их сепаратрисных дуг? Чтобы ответить на оба эти вопроса, введем следующие пространства функций Морса «с оснащением». Рассмотрим пространство $\widetilde{F}(M, p, q)$ функций Морса $f$ со следующими свойствами на замкнутой двумерной поверхности $M$. Такую функцию Морса $f$ можно назвать функцией с нумерованными седлами. Ясно, что пространство $\tilde{F}(M, p, q)$ является накрывающим пространством для пространства $F(M, p, q)$. На пространстве $\widetilde{F}(M, p, q)$ очевидно действует группа перестановок $S_{r}$. Здесь $r$ – число седловых критических точек функции $f$. Факторизуя пространство $\widetilde{F}(M, p, q)$ по действию этой группы, мы и получаем пространство $F(M, p, q)$. Слой получившегося накрытия изоморфен группе $S_{r}$. Любая изотопия $f_{t}, 0 \leqslant t \leqslant 1$, функций Морса, лежащих в пространстве $F(M, p, q)$, однозначно определяет изотопию в накрывающем пространстве $\widetilde{F}(M, p, q)$ функций с нумерованными седлами, такую, что при непрерывном изменении положения критических точек на поверхности сохраняется их нумерация. Рассмотрим еще одно пространство $F_{+}(M, p, q)$ функций Морса $f$ со свойствами 1$), 2$ ) и 4) на замкнутой двумерной поверхности $M$, где свойство 4 ) определяется так. Фиксируем на поверхности $M$ произвольную риманову метрику, и в каждой седловой критической точке функции $f \in F(M, p, q)$ рассмотрим неориентированную гладкую дугу, образованную двумя сепаратрисами, входящими в эту критическую точку. Мы будем называть эту дугу сепаратрисной дугой. Назовем такую ориентацию оснащением седловой критической точки функции $f$, а саму такую функцию Морса $f$ назовем оснащенной. Полученное пространство функций Морса с оснащенными седлами (седловыми критическими точками) обозначим через $F_{+}(M, p, q)$. Ясно, что пространство $F_{+}(M, p, q)$ является накрывающим пространством для пространства $F(M, p, q)$ со слоем, изоморфным группе $\left(\mathbb{Z}_{2}\right)^{r}$. Рассмотрим еще одно пространство $\widetilde{F}_{+}(M, p, q)$ функций Морса с оснащенными и нумерованными седлами. То есть, пространство функций $f \in \widetilde{F}(M, p, q)$ с нумерованными седлами, в каждой седловой точке которых фиксировано оснащение – ориентация сепаратрисной дуги. Ясно, что пространство $\widetilde{F}_{+}(M, p, q)$ является накрывающим пространством над пространством $F(M, p, q)$ со слоем, изоморфным группе $S_{r} \times\left(\mathbb{Z}_{2}\right)^{r}$. Замечание. Ясно, что все критические точки любых двух функций Морса $f, g \in$ $\in F(M, p, q)$ можно совместить друг с другом на поверхности (то есть как минимумы и максимумы, так и седла). Согласно теореме С. В. Матвеева, все точки минимумов и максимумов можно считать неподвижными в процессе изотопии, деформирующей функции друг в друга. Интересно выяснить, можно ли добиться этого и для седел? То есть, можно ли считать, что в процессе деформации функции $f$ в функцию $g$ все их седловые критические точки остаются на месте?
|
1 |
Оглавление
|