Главная > Математический анализ. Часть II. (Зорич В.А.)
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
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

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

§ 3. Дифференциальные формы и их интегрирование на многообразиях

1. Касательное пространство к многообразию в точке.

Напомним, что каждому гладкому пути (движению в проходящему в некоторый момент через точку мы сопоставили вектор мгновенной скорости: Совокупность таких векторов связанных с точкой естественно отождествляется с арифметическим пространством и обозначается символом вводятся те же линейные операции над элементами что и над соответствующими элементами линейного пространства Так возникает линейное пространство называемое касательным пространством к в точке

Забыв мотивировки и наводящие соображения, можно теперь сказать, что формально есть пара состоящая из точки и связанного с нею экземпляра линейного пространства

Пусть теперь М — гладкое -мерное многообразие с атласом А класса гладкости не ниже, чем Мы хотим определить касательный вектор и касательное пространство к многообразию М в точке .

Воспользуемся для этого указанной выше интерпретацией касательного вектора как мгновенной скорости Возьмем гладкий путь на многообразии М, проходящий в момент через точку Параметры карт (т. е. локальныекоординаты) многообразия М будем здесь обозначать буквой х, снабжая их снизу индексом соответствующей карты, а сверху номером координаты. Итак, в области параметров каждой карты район действия которой содержит точку пути y отвечает свой путь который является гладким по определению гладкого отображения .

Таким образом, в области параметров карты где есть отображение возникает точка и вектор другой такой карте это будут соответственно точка и вектор Естественно считать, что это координатные выражения в различных картах того, что мы хотели бы назвать касательным вектором к многообразию М в точке .

Между координатами действуют гладкие взаимно обратные функции перехода

в результате чего пары оказываются связанными соотношениями

Равенства (3), очевидно, вытекают из формул

получающихся из (1) в результате дифференцирования.

Определение 1. Будем говорить, что задан вектор , касательный к многообразию М в точке , если в каждом пространстве касательном к в точке отвечающей точке в области параметров карты где фиксирован вектор причем так, что выполняются соотношения (3).

Если элементы матрицы Якоби отображения записать в явном виде то получаем, таким образом, следующую явную формулу связи двух координатных представлений одного и того же вектора

где частные производные вычисляются в соответствующей точке

Обозначим через совокупность векторов, касательных к многообразию М в точке .

Определение 2. Если линейную структуру на множестве ввести, отождествляя с соответствующим пространством т. е. суммой векторов из считать вектор, координатное представление которого в отвечает сумме координатных представлений слагаемых, и аналогично определить умножение вектора на число, то получаемое при этом линейное пространство обозначается обычно одним из символов и называется касательным пространством к многообразию М в точке

Из формул (3), (4) видно, что введенная в линейная структура не зависит от выбора индивидуальной карты, т. е. в этом смысле определение 2 корректно

Итак, мы определили касательное пространство к многообразию. Интерпретации касательного вектора и касательного пространства могут быть различными (см. задачу 1). Например, одной из таких интерпретаций является отождествление касательного вектора с линейным функционалом Это отождествление основано на следующем наблюдении, которое мы сделаем в

Каждый вектор есть вектор скорости, отвечающий некоторому гладкому пути причем Это позволяет определить производную в точке по вектору от гладкой функции заданной в (или в окрестности точки . А именно:

т. е.

где — касательное к отображение (дифференциал в точке

Функционал сопоставляемый формулами (5), (6) вектору очевидно, линеен по Из формулы (6) видно также, что величина при фиксированной функции линейно зависит от е. сумме векторов отвечает сумма соответствующих линейных функционалов, а умножение вектора на число отвечает умножение функционала на это же число. Таким образом, между линейным пространством и линейным пространством соответствующих линейных функционалов имеется изоморфизм. Остается определить линейный функционал указав набор его характеристических свойств, чтобы получить

новую, но, конечно, изоморфную прежней, интерпретацию касательного пространства

Заметим, что, кроме указанной выше линейности, функционал обладает следующим свойством:

Это закон дифференцирования произведения.

В дифференциальной алгебре аддитивное отображение а кольца А, удовлетворяющее, соотношению называют дифференцированием (точнее, дифференцирование кольца А). Таким образом, функционал является дифференцированием кольца Но еще и линеен относительно линейной структуры пространства

Можно проверить, что всякий линейный функционал обладающий свойствами

имеет вид где Таким образом, касательное пространство к в точке можно трактовать как линейное пространство функционалов (дифференцирований) на удовлетворяющих условиям (8), (9).

Базисным векторам пространства отвечают функционалы вычисления соответствующей частной производной от функции в точке Таким образом, при функциональной интерпретации пространства можно сказать, что функционалы образуют базис

Если то соответствующий вектору оператор имеет вид

Совершенно аналогично касательный вектор к -мерному многообразию М класса в точке можно интерпретировать (или определить) как элемент пространства дифференцирований на обладающих свойствами (8), (9), при этом в соотношении естественно, заменяется на и тем самым функционал I связывается именно с точкой . Такое определение касательного вектора и касательного пространства формально не требует привлечения локальных координат и в этом смысле, очевидно, инвариантно. В координатах локальной карты оператор имеет вид Набор чисел естественно называется

координатами касательного вектора в координатах карты Координатные представления одного и того же функционала в картах в силу законов дифференцирования связаны соотношениями

которые, естественно, повторяют соотношения (4).

1
Оглавление
email@scask.ru