子流形是单浸入映射对应的流形间的关系。设M与N是两个微分流形,φ:M→N是C∞映射,若φ是单射,且φ是浸入,则称(M,φ)是N的子流形。或等价地定义为:M作为点集是N的子集,且从M到N的
恒等映射是M到N中的嵌入,就称M为N的子流形。
概念
设M是一个
微分流形,N是M的
子集, 如果N也是
流形, 并且其
微分结构和
拓扑结构都是由M上的相应结构的限制而得。
确切的说, 如果包含映射i:N→M是嵌入映射(就是说,不但是
拓扑的嵌入,还是保能够区分切向量的微分
映射。)
详细概念
设N,M分别为n,m维的微分流形。F为N到M的C映射。若F的秩(rankF)在N的每点都等于n,则称映射F为N到M的一个浸入。若浸入F是单射,则称F为1-1浸入。
设F为N到M的1-1浸入,此映射下的像Ñ=F(N)⊂M,在Ñ上赋予拓扑和微分结构:设(U,ᵠ)为N的坐标邻域,令V=F(U),φ=ᵠ°F,则(V,φ)为Ñ上的坐标邻域。使得F成为N到Ñ的
微分同胚,则Ñ称为M的n维浸入子流形。
设F为N到M的1-1浸入,若F同时是N到M内的同胚映射,亦即,在映射的像Ñ=F(N)取M中的子空间拓扑时,F是N到Ñ上的同胚映射。则称Ñ为M的n维嵌入子流形。映射F称为嵌入映射。
浸入和嵌入的区别是就整体而言,在局部二者是一致的。事实上,若F为N到M的浸入映射,则在任何点P∈N,总存在P的坐标邻域 (U,φ),使得F限制在U上F|u是U到M内的嵌入。
设N是微分流形M的子集,具有以下性质:N的每点P,存在包含P的M中的坐标邻域(U,ᵠ)其局部坐标为x,…,x,使得: (1)φ(p)=(0,…,0) ∈R。(2) (U)=Cε(0)——以原点为中心的立方体邻域。(3) ᵠ(U∩N) = {x∈Cε(0)|x=…=x=0}。具有如上性质的子集N称M的n维正则子流形,正则子流形本质上就是嵌入子流形。
流形
流形是一类特殊的连通、豪斯多夫仿紧的
拓扑空间,在此空间每一点的邻近预先建立了坐标系,使得任何两个(局部)坐标系间的坐标变换都是连续的。n维流形的概念在18世纪法国数学家
拉格朗日的力学研究中已有萌芽。19世纪中叶英国数学家凯莱(1843)、德国数学家格拉斯曼(1844,1861)、瑞士数学家施勒夫利(1852)分别论述了n维欧几里得空间理论,把它视为n个实变量的连续统。1854年德国数学家黎曼在研究微分几何时用归纳构造法给出一般n维流形的概念:n维流形是把无限多个(n-1)维流形按照一维流形方式放在一起而形成的,从此开始流形的拓扑结构及其局部理论的研究。法国数学家庞加莱在19世纪末把n维流形定义为一种连通的拓扑空间,其中每一点都具有和n维欧氏空间同胚的邻域(被称为庞加莱流形),从而开辟了组合拓扑学的道路。
对流形的深入研究集中在流形上的微分结构与组合结构的存在性、唯一性问题,微分结构与组合结构的关系,流形的各种意义下的分类等问题,20世纪50—60年代做出许多重要结果,近几十年来出现有限维带边流形和无限维流形概念。流形理论在与其他拓扑理论的相互结合发展中也提出许多问题,其研究仍在继续。
微分流形
设M是仿紧
豪斯道夫 (Hau-sdorff)空间,且是拓扑流形,称A= {(Uα,Фα)|α∈P}是它的地图,如果{Uα|α∈P}是M的开覆盖,Фα是从Uα到n维欧氏空间R的某开集上的同胚。(Uα,Φα)称为坐标卡。如果两个坐标卡 (Uα,Фα),(Uβ,Φβ) 满足Uα∩Uβ≠Φ,则称Φβ·Фα:Φα(Uα∩Uβ) →Φβ(Uα∩Uβ) 和Φα·Φβ: Φβ(Uα∩Uβ) →Фα(Uα∩Uβ) 为Uα∩Uβ上的坐标变换。如果A的所有坐标变换都是C可微的,则称A为一个C地图,其中1≤r≤∞。r也可等于ω,此时A称为解析地图。拓扑流形M的坐标卡 (U,Φ) 称为与A是Cr相容的,如果任意(Uα,Φα) ∈A,坐标变换Φ·ΦαΦα·Φ均C可微。拓扑流形M的C地图A称为最大的,如果它包含M的所有与之C相容的坐标卡。M上的最大C地图A称为M的C微分结构。(M,A)称为C微分流形,或简称为C流形。当r=∞时,C微分结构也称为光滑结构,C流形也称为光滑流形。r=ω时,C结构也称为解析结构,C流形称为解析流形。C流形(M,A)有时也简记为M。
从直观上看,拓扑流形是局部欧氏空间,局部之间用同胚映射(坐标变换)粘贴在一起。n维C流形,不仅局部同胚于n维欧氏空间,而且局部之间是用C光滑、且其逆也C光滑的坐标变换粘贴在一起。
两个C流形M和N,f:M→N是连续映射,且任一点P∈M,有包含P点的M中的坐标卡(U,Φ)以及包含f(P)的N中的坐标卡(V,φ),使得f(U)⊂V,同时,映射φ°f°Φ-1:Φ(U)→φ(V)是C光滑的(1≤r≤∞或r=ω),则称f是C映射。C映射也称为光滑映射,C映射也称为解析映射。其中称为f的局部表示。
C流形M和N之间的同胚f:M→N,如果f和f均是C映射,则称f是C
微分同胚。
恒等映射
亦称恒等函数。一种重要的映射。对任何元素,象与原象相同的映射。对于映射f,若它的定义域A和值域B相等,并对所有的a∈A均有f(a)=a时,则称f为恒等映射。常记为IA或idA,eA等。
恒等映射有下列性质:
1.对映射f:A→B,IB°f=f°IA=f。
2.对映射f:A→B,若存在映射g:A→B,使得:g°f=IA,f°g=IB,则f是一一对应,且g=f-1。
3.对任何集A,都存在惟一的恒等映射IA。
4.恒等映射IA是双射,且I-1A=IA。