Главная > Дифференциальная геометрия: первое знакомство
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
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

§ 5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ КООРДИНАТ В РИМАНОВОМ ПРОСТРАНСТВЕ

1°. Римановы координаты

Возьмем в римановом пространстве некоторую точку Выбрав ее за начальную, проведем по всем направлениям из этой точки геодезические. В качестве параметра на каждой исходящей из точки геодезической выберем длину дуги которую будем отсчитывать от точки

Параметрические уравнения каждой такой геодезической,

определяются как решение системы уравнений геодезических

при начальных условиях

(напомним, что длина вектора равна 1).

Каждой точке на геодезической, отвечающей начальным данным (17), ставится в соответствие чисел

где длина дуги этой геодезической.

Определение. Числа определяемые формулами (18), называются римановыми координатами точки точке отвечают нулевые римановы координаты:

Отметим, что римановы координаты это координаты вектора в касательном пространстве в точке пространства При этом указанный вектор имеет длину, равную а его направление в пространстве определяется единичным вектором с координатами , которому он и коллинеарен.

Докажем, что в римановом пространстве вблизи точки введенные нами величины действительно можно рассматривать как координаты точек.

Для этого нужно показать, что каждому упорядоченному набору достаточно малых чисел отвечает только одна точка из некоторой окрестности точки пространства

Итак, пусть набор чисел задан. Рассмотрим в касательном пространстве в точке точку с координатами (см. 1° и 2° § 2) и вычислим по обычным формулам евклидовой геометрии длину вектора Затем, пользуясь формулами (18), найдем координаты единичного вектора, коллинеарного вектору

По этим данным строим начальные условия (17) и из уравнений (16) определяем геодезическую, проходящую через точку и точку на ней так, что длина дуги равна

Точка имеет координаты Таким образом, из наших рассуждений вытекает, что

Из известных теорем теории дифференциальных уравнений следует, что функции (19) как решения системы (16) будут непрерывны вместе с первыми производными.

Остается убедиться в том, что из соотношений (19) можно найти как функции от т. е. разрешить уравнения (19)

относительно Для этого достаточно доказать, что в некоторой окрестности точки

Вычислим . С учетом формул (18), (19) имеем

Согласно условиям (17) в точке

Отсюда и из соотношений (21) получаем, что в точке выполняются равенства

Так как последнее соотношение справедливо для любого вектора то

Поэтому

Отсюда и из непрерывности функций вытекает, что неравенство (20) выполняется в некоторой окрестности точки

Итак, мы доказали, что в некоторой окрестности произвольной точки риманова пространства можно ввести римановы координаты.

Свойства римановых координат.

1+. Пусть точка начало системы римановых координат Тогда уравнения геодезической, исходящей из точки и имеющей направляющий вектор имеют вид

Равенства (22) достаточны для того, чтобы были римановыми координатами с началом в точке

В самом деле, из условий (22) вытекает, что - начальный касательный вектор (в точке и поэтому римановы координаты, построенные по способу, описанному выше, совпадут с

2+ Функции удовлетворяют дифференциальным уравнениям геодезических

Отсюда и из равенств

получаем, что

Умножая эти соотношения на и используя формулы (22), убеждаемся в том, что

Равенства (23) выполняются в каждой точке и представляют собой достаточные условия того, чтобы были римановыми координатами.

Замечание. Если в точке метрический тензор

то римановы координаты называются нормальными координатами.

3+. Вид линейного элемента в римановых координатах. Ограничимся случаем, когда римановы координаты являются локально нормальными (см. пункт 3° § 2). Обозначим их через Тогда, как доказано выше, разложение компонент метрического тензора по формуле Тейлора с центром в точке будет иметь следующий вид:

(здесь компоненты тензора Римана-Кристоффеля в точке третье слагаемое -компоненты тензора типа порядок малости которых относительно выше второго).

Таким образом, линейный элемент в римановых координатах нормальных в данной точке можно записать так:

Полученная формула удобна в различных приложениях.

1
Оглавление
email@scask.ru