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切叢


每個光滑流形 M 都有一個切叢 TM,它由所有點 pM 處的切空間 TM_p 組成。 由於切空間 TM_pMp 處所有切向量的集合,因此切叢是所有切向量的集合,以及它們所切於的點的資訊的集合。

 TM={(p,v):p in M,v in TM_p}
(1)

切叢是向量叢的一個特例。 作為一個叢,它的叢的秩n,其中 nM 的維數。 M 上的座標圖TM 提供了一個平凡化。 在座標 (x_1,...,x_n) 中,向量場 (v_1,...,v_n),其中 v_i=partial/partialx_i,張成每個點(在座標圖中)的切向量。 從這些座標到另一組座標的過渡函式由座標變化的雅可比矩陣給出。

例如,在單位球面上,在點 (1,0,0) 處,在同一個半球上定義了兩個不同的座標圖,phi:U_1->S^2psi:U_2->S^2,

 phi(x_1,x_2)=(cosx_1cosx_2,sinx_1cosx_2,sinx_2)
(2)
 psi(y_1,y_2)=(sqrt(1-y_1^2-y_2^2),y_1,y_2)
(3)

其中 U_1=(-pi/2,pi/2)×(-pi/2,pi/2)U_2={(y_1,y_2):y_1^2+y_2^2<1}。 座標圖之間的對映是 alpha=psi^(-1) degreesphi

 (y_1,y_2)=alpha(x_1,x_2)=(sinx_1cosx_2,sinx_2)
(4)

雅可比矩陣 alpha:U_1->U_2 由矩陣值函式給出

 [cosx_1cosx_2 -sinx_1sinx_2; 0 cosx_2]
(5)

它具有行列式 cosx_1cos^2x_2,因此在 U_1 上是可逆的。

切向量透過雅可比矩陣變換。 在 (x_1,x_2) 中的點 U_1 處,切向量 v 對應於 alpha(x_1,x_2)U_2 的切向量 Jv。 這兩個只是切叢的同一個元素的不同版本。


參見

微積分, 座標圖, 餘切叢, 方向導數, 歐幾里得空間, 雅可比矩陣, 流形, 切叢截面, 切空間, 切向量, 向量場, 向量空間 在 課堂中探索這個主題

此條目由 Todd Rowland 貢獻

使用 探索

如此引用

Rowland, Todd. "Tangent Bundle." 來自 Web 資源,由 Eric W. Weisstein 建立。 https://mathworld.tw/TangentBundle.html

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