多様体上の微分法
これは実習に役に立ちそうです。
この問題解決方法はどこにあるのでしょうか。
n 次元実多様体は各点の近傍が n 次元空間の適当な領域となっているものであるから、多様体上の関数に対しても多変数関数の微分法をほとんどそのままの形で述べることができる。
多様体 M 上の点 p の近傍 U に座標近傍 Ω ⊂ Rn を与えることにより、U で定義された関数または写像 f は Ω 上の関数または写像と思うことができる。また、p を通る曲線 xi をうまくとって xi を Ω のある座標軸と同一視することができる。特に、滑らかな写像 f の点 p における xi 方向への微分 ∂f/∂xi|p を Ω で考えた座標軸方向の微分(偏微分)として与えることができて、f の(全)微分 dfp を U 上で考えることができる。
p を通る曲線 s を任意に取り替えて得られる方向微分 (∂/∂s)p の全体は Ω に同型なベクトル空間を成し、点 p における接ベクトル空間と呼ばれる。接ベクトル空間の元を接ベクトルと呼ぶ。U 上の関数 f に対して、点 p におけるその微分 dfp は接ベクトル v = (∂/∂s)p を ∂f/∂s|p へ写す線型写像である。したがって U 上の関数 f を任意に取り替えて得られる p における微分の全体は接ベクトル空間の双対空間となり、p における余接ベクトル空間と呼ばれる。
点 p における接ベクトルは p の近傍で定義された写像 f が与えられるごとに、その微分を返す局所的な微分ベクトル場になっている。各点で定義された接ベクトルの集まりが、多様体の局所近傍系の貼りあわせ条件と整合的に、貼り合せられるなら大域的な微分ベクトル場が得られ、大域的な微分ベクトル場の全体を考えることにより、接空間たちも貼り合わされて接ベクトル束とよばれるベクトル束を形成する。貼り合せ条件を満たす微分ベクトル場というのは接ベクトル束の切断であることを意味する。関数 f が多様体 M の全域で定義される大域的な関数で、各点 p において微分 dfp を持つとき、これらと同様の貼り合せ条件で整合的に dfp たちが貼り合せられると考えると、余接束の大域的な切断として f の微分(形式) df が得られる
引用『ウィキペディア(Wikipedia)』
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