stringtranslate.com

Распределение (дифференциальная геометрия)

В дифференциальной геометрии , дисциплине в математике , распределение на многообразии — это задание векторных подпространств, удовлетворяющих определенным свойствам. В наиболее распространенных ситуациях распределение предлагается как векторное подрасслоение касательного расслоения .

Распределения, удовлетворяющие дополнительному условию интегрируемости, порождают слоения , т. е. разбиения многообразия на меньшие подмногообразия. Эти понятия имеют несколько приложений во многих областях математики, включая интегрируемые системы , геометрию Пуассона , некоммутативную геометрию , субриманову геометрию , дифференциальную топологию .

Несмотря на то, что они имеют одинаковое название, распределения, представленные в этой статье, не имеют ничего общего с распределениями в смысле анализа.

Определение

Пусть будет гладким многообразием; (гладкое) распределение назначает любой точке векторное подпространство гладким образом. Точнее, состоит из набора векторных подпространств со следующим свойством: вокруг любого существуют окрестность и набор векторных полей такие, что для любой точки охватывает

Набор гладких векторных полей также называется локальным базисом . Они не обязаны быть линейно независимыми в каждой точке, и поэтому формально не являются базисом векторного пространства в каждой точке; таким образом, термин локальный генерирующий набор может быть более подходящим. Обозначение используется для обозначения как назначения, так и подмножества .

Регулярные рассылки

При заданном целом числе гладкое распределение на называется регулярным ранга , если все подпространства имеют одинаковую размерность . Локально это равносильно требованию, чтобы каждый локальный базис задавался линейно независимыми векторными полями.

Более компактно, регулярное распределение — это векторное подрасслоение ранга (это на самом деле наиболее часто используемое определение). Ранговое распределение иногда называют распределением -плоскости, а когда , говорят о гиперплоскостных распределениях.

Специальные классы дистрибуций

Если не указано иное, под «распределением» мы подразумеваем гладкое регулярное распределение (в смысле, изложенном выше).

Инволютивные распределения

Для данного распределения его сечения состоят из векторных полей на , образующих векторное подпространство пространства всех векторных полей на . (Обозначение: — пространство сечений ) Распределение называется инволютивным, если — также подалгебра Ли : другими словами, для любых двух векторных полей скобка Ли принадлежит .

Локально это условие означает, что для каждой точки существует локальный базис распределения в окрестности такой, что для всех скобка Ли находится в пределах , т.е. является линейной комбинацией

Инволютивные распределения являются фундаментальным компонентом в изучении интегрируемых систем . Схожая идея встречается в гамильтоновой механике : две функции и на симплектическом многообразии называются находящимися во взаимной инволюции, если их скобка Пуассона обращается в нуль.

Интегрируемые распределения и слоения

Интегральное многообразие для рангового распределения — это подмногообразие размерности такое, что для любого . Распределение называется интегрируемым, если через любую точку проходит интегральное многообразие. Базовые пространства расслоения, таким образом, являются непересекающимися, максимальными , связными интегральными многообразиями, также называемыми листьями ; то есть определяет n-мерное слоение .

Локально интегрируемость означает, что для каждой точки существует локальная карта такая, что для каждого пространство охватывается координатными векторами . Другими словами, каждая точка допускает карту фолиации, т.е. распределение касается листов фолиации. Более того, эта локальная характеристика совпадает с определением интегрируемости для a -структур , когда есть группа действительных обратимых верхнетреугольных блочных матриц (с и -блоками).

Легко видеть, что любое интегрируемое распределение автоматически инволютивно. Обратное менее тривиально, но выполняется по теореме Фробениуса .

Слабо регулярные распределения

При любом распределении соответствующий флаг Лжи представляет собой градацию, определяемую как

где , и . Другими словами, обозначает множество векторных полей, охватываемых -итерированными скобками Ли элементов в . Некоторые авторы используют отрицательную убывающую градуировку для определения.

Тогда называется слабо регулярным (или просто регулярным некоторыми авторами), если существует последовательность вложенных векторных подрасслоений такая, что (следовательно ). [1] Обратите внимание, что в таком случае ассоциированный флаг Ли стабилизируется в определенной точке , поскольку ранги ограничены сверху . Тогда строка целых чисел называется вектором роста .

Любое слабо регулярное распределение имеет связанное градуированное векторное расслоение Более того, скобка Ли векторных полей спускается для любого до -линейного морфизма расслоения , называемого -кривизной . В частности, -кривизна тождественно равна нулю тогда и только тогда, когда распределение инволютивно.

Соединяя кривизны, получаем морфизм , также называемый скобкой Леви , который превращает в пучок нильпотентных алгебр Ли; по этой причине также называется нильпотентизацией . [1]

Однако расслоение в общем случае не является локально тривиальным, поскольку алгебры Ли не изоморфны при изменении точки . Если это происходит, то слабо регулярное распределение также называется регулярным (или сильно регулярным некоторыми авторами). [ необходимо пояснение ] Обратите внимание, что используемые здесь названия (сильно, слабо) регулярно совершенно не связаны с понятием регулярности, обсуждавшимся выше (которое всегда предполагается), т. е. с постоянной размерностью пространств .

Распределения, генерирующие скобки

Распределение называется скобкообразующим (или неголономным , или говорят, что оно удовлетворяет условию Хермандера ), если взятие конечного числа скобок Ли элементов в достаточно для генерации всего пространства векторных полей на . С введенными выше обозначениями такое условие можно записать как для определенных ; тогда говорят также, что является скобкообразующим в шагах , или имеет глубину .

Очевидно, что ассоциированный флаг Ли распределения, порождающего скобки, стабилизируется в точке . Несмотря на то, что быть слабо регулярным и быть порождающим скобки — это два независимых свойства (см. примеры ниже), когда распределение удовлетворяет обоим из них, целое число из двух определений одинаково.

Благодаря теореме Чжоу-Рашевского , если задано распределение, порождающее скобки , на связном многообразии, любые две точки в можно соединить касательным путем к распределению. [2] [3]

Примеры регулярных распределений

Интегрируемые распределения

Неинтегрируемые распределения

Единичные распределения

Сингулярное распределение , обобщенное распределение или распределение Стефана-Суссмана — это гладкое распределение, которое не является регулярным. Это означает, что подпространства могут иметь разные размерности, и, следовательно, подмножество больше не является гладким подрасслоением.

В частности, число элементов в локальном базисе будет меняться с , и эти векторные поля больше не будут линейно независимыми везде. Нетрудно увидеть, что размерность полунепрерывна снизу , так что в особых точках размерность ниже, чем в соседних точках.

Интегрируемость и сингулярные слоения

Определения интегральных многообразий и интегрируемости, данные выше, применимы также к особому случаю (снимая требование фиксированной размерности). Однако теорема Фробениуса в этом контексте не выполняется, а инволютивность в общем случае недостаточна для интегрируемости (существуют контрпримеры в низких размерностях).

После нескольких частичных результатов [5] проблема интегрируемости для сингулярных распределений была полностью решена теоремой, независимо доказанной Стефаном [6] [7] и Сассманном. [8] [9] Она утверждает, что сингулярное распределение интегрируемо тогда и только тогда, когда выполняются следующие два свойства:

Аналогично регулярному случаю, интегрируемое сингулярное распределение определяет сингулярное слоение , которое интуитивно состоит из разбиения на подмногообразия (максимальные интегральные многообразия ) различных размерностей.

Определение сингулярного слоения можно уточнить несколькими эквивалентными способами. На самом деле, в литературе существует множество вариаций, переформулировок и обобщений теоремы Стефана-Суссмана, использующих различные понятия сингулярных слоений в зависимости от того, какие приложения имеются в виду, например, геометрия Пуассона [10] [11] или некоммутативная геометрия . [12] [13]

Примеры

Ссылки

  1. ^ ab Tanaka, Noboru (1970-01-01). "О дифференциальных системах, градуированных алгебрах Ли и псевдогруппах". Kyoto Journal of Mathematics . 10 (1). doi : 10.1215/kjm/1250523814 . ISSN  2156-2261.
  2. ^ Чоу, Вэй-Лян (1 декабря 1940 г.). «Über Systeme von Liarren Partiellen Differentialgleichungen erster Ordnung». Mathematische Annalen (на немецком языке). 117 (1): 98–105. дои : 10.1007/BF01450011. ISSN  1432-1807. S2CID  121523670.
  3. ^ Рашевский, П. К. (1938). «Любые две точки вполне неголономного пространства можно соединить допустимой прямой». Уч. Зап. Пед. Ин-та им. Либкнехта, Сер. Физ. Матем. (на русском языке). 2 : 83–94.
  4. ^ Энгель, Фридрих (1889). «Zur Invariantentheorie der Systeme Pfaff'scher Gleichungen». Лейпц. Бер. (на немецком языке). 41 : 157–176.
  5. ^ Лаво, Сильвен (2018-12-01). «Краткое руководство по теоремам интеграции обобщенных распределений». Дифференциальная геометрия и ее приложения . 61 : 42–58. arXiv : 1710.01627 . doi :10.1016/j.difgeo.2018.07.005. ISSN  0926-2245. S2CID  119669163.
  6. ^ Стефан, П. (1974). «Доступность и слоения с особенностями». Бюллетень Американского математического общества . 80 (6): 1142–1145. doi : 10.1090/S0002-9904-1974-13648-7 . ISSN  0002-9904.
  7. ^ Стефан, П. (1974). «Доступные множества, орбиты и слоения с особенностями». Труды Лондонского математического общества . s3-29 (4): 699–713. doi :10.1112/plms/s3-29.4.699. ISSN  1460-244X.
  8. ^ Sussmann, Hector J. (1973). «Орбиты семейств векторных полей и интегрируемость систем с особенностями». Бюллетень Американского математического общества . 79 (1): 197–199. doi : 10.1090/S0002-9904-1973-13152-0 . ISSN  0002-9904.
  9. ^ Sussmann, Héctor J. (1973). «Орбиты семейств векторных полей и интегрируемость распределений». Труды Американского математического общества . 180 : 171–188. doi : 10.1090/S0002-9947-1973-0321133-2 . ​​ISSN  0002-9947.
  10. ^ Андроулидакис, Яковос; Замбон, Марко (2016-04-28). «Сингулярные слоения Стефана–Суссманна, сингулярные подалгеброиды и их ассоциированные пучки». Международный журнал геометрических методов в современной физике . 13 (Доп. 1): 1641001–1641267. Bibcode : 2016IJGMM..1341001A. doi : 10.1142/S0219887816410012. ISSN  0219-8878.
  11. ^ Лоран-Жангу, Камилла; Лавау, Сильвен; Штробль, Томас (2020). «Универсальный ∞-алгеброид лжи сингулярного слоения». ELibM – Док. Математика . 25 (2020): 1571–1652. дои : 10.25537/dm.2020v25.1571-1652.
  12. ^ Дебор, Клэр (2001-07-01). "Голономические группоиды сингулярных слоений". Журнал дифференциальной геометрии . 58 (3). doi : 10.4310/jdg/1090348356 . ISSN  0022-040X. S2CID  54714044.
  13. ^ Андрулидакис, Яковос; Скандалис, Жорж (1 января 2009 г.). «Группоид голономии особого слоения». Journal für die reine und angewandte Mathematik (Журнал Крелля) . 2009 (626): 1–37. arXiv : math/0612370 . дои : 10.1515/CRELLE.2009.001. ISSN  1435-5345. S2CID  14450917.

Книги, конспекты лекций и внешние ссылки

В данной статье использованы материалы из Distribution on PlanetMath , лицензированные по лицензии Creative Commons Attribution/Share-Alike License .