Articulo de referencia

Espacio vectorial conveniente

En matemáticas, los espacios vectoriales convenientes son espacios vectoriales localmente convexos que satisfacen una condición de completitud muy leve . El cálculo diferencial ...

En matemáticas, los espacios vectoriales convenientes son espacios vectoriales localmente convexos que satisfacen una condición de completitud muy leve .

El cálculo diferencial tradicional es eficaz en el análisis de espacios vectoriales de dimensión finita y para espacios de Banach . Más allá de los espacios de Banach, comienzan a surgir dificultades; en particular, la composición de aplicaciones lineales continuas deja de ser conjuntamente continua a nivel de espacios de Banach, [ Nota 1 ] para cualquier topología compatible en los espacios de aplicaciones lineales continuas.

Las asignaciones entre espacios vectoriales convenientes son suaves odo{\displaystyle C^{\infty }}si mapean curvas suaves a curvas suaves. Esto conduce a una categoría cartesiana cerrada de mapeos suaves entredo{\displaystyle c^{\infty }}- subconjuntos abiertos de espacios vectoriales convenientes (véase la propiedad 6 a continuación). El cálculo correspondiente de aplicaciones suaves se denomina cálculo conveniente . Es más débil que cualquier otra noción razonable de diferenciabilidad, es fácil de aplicar, pero existen aplicaciones suaves que no son continuas (véase la Nota 1). Este tipo de cálculo por sí solo no es útil para resolver ecuaciones [ Nota 2 ] .

La topología c

Dejarmi{\displaystyle E}Sea un espacio vectorial localmente convexo . Una curvado:Rmi{\displaystyle c:\mathbb {R} \to E}se llama suave odo{\displaystyle C^{\infty }}Si todas las derivadas existen y son continuas. Seado(R,mi){\displaystyle C^{\infty }(\mathbb {R} ,E)}Sea el espacio de curvas suaves. Se puede demostrar que el conjunto de curvas suaves no depende completamente de la topología localmente convexa demi,{\displaystyle E,}solamente en su bornología asociada (sistema de conjuntos acotados); véase [KM], 2.11. Las topologías finales con respecto a los siguientes conjuntos de mapeos enmi{\displaystyle E}coinciden; véase [KM], 2.13.

  • do(R,mi).{\displaystyle C^{\infty }(\mathbb {R} ,E).}
  • El conjunto de todas las curvas de Lipschitz (de modo que{do(t)do(s)ts:ts,|t|,|s|do}{\displaystyle \left\{{\dfrac {c(t)-c(s)}{ts}}:t\neq s{,}|t|,|s|\leq C\right\}}está delimitado enmi,{\displaystyle E,}para cadado{\displaystyle C}).
  • El conjunto de inyeccionesmiBmi{\displaystyle E_{B}\to E}dóndeB{\displaystyle B}recorre todos los subconjuntos absolutamente convexos acotados enmi,{\displaystyle E,}y dóndemiB{\displaystyle E_{B}}es el intervalo lineal deB{\displaystyle B}equipado con el Minkowski funcionalincógnitaB:=inf{λ>0:incógnitaλB}.{\displaystyle \|x\|_{B}:=\inf\{\lambda >0:x\in \lambda B\}.}
  • El conjunto de todas las secuencias convergentes de Mackeyincógnitanorteincógnita{\displaystyle x_{n}\to x}(existe una secuencia)0<λnorte{\displaystyle 0<\lambda _ {n}\to \infty }conλnorte(incógnitanorteincógnita){\displaystyle \lambda _{n}\left(x_{n}-x\right)}encerrado).

Esta topología se llamado{\displaystyle c^{\infty }}- topología enmi{\displaystyle E}y escribimosdomi{\displaystyle c^{\infty }E}para el espacio topológico resultante. En general (en el espacioD{\displaystyle D}de funciones suaves con soporte compacto en la recta real, por ejemplo) es más fina que la topología localmente convexa dada, no es una topología de espacio vectorial, ya que la suma ya no es conjuntamente continua. Es decir, inclusodo(D×D)(doD)×(doD).{\displaystyle c^{\infty }(D\times D)\neq \left(c^{\infty }D\right)\times \left(c^{\infty }D\right).} La mejor entre todas las topologías localmente convexas enmi{\displaystyle E}que son más gruesos quedomi{\displaystyle c^{\infty }E}es la bornologización de la topología localmente convexa dada. Simi{\displaystyle E}es un espacio Fréchet , entoncesdomi=mi.{\displaystyle c^{\infty }E=E.}

Espacios vectoriales convenientes

Un espacio vectorial localmente convexomi{\displaystyle E}Se dice que es un espacio vectorial conveniente si se cumple una de las siguientes condiciones equivalentes (llamado do{\displaystyle c^{\infty }}-completitud); véase [KM], 2.14.

  • Para cualquierdodo(R,mi){\displaystyle c\in C^{\infty }(\mathbb {R} ,E)}la integral (de Riemann)01do(t)dt{\displaystyle \int _{0}^{1}c(t)\,dt}existe enmi{\displaystyle E}.
  • Cualquier curva de Lipschitz enmi{\displaystyle E}es localmente integrable según Riemann.
  • Cualquier escalardo{\displaystyle C^{\infty }}La curva esdo{\displaystyle C^{\infty }}: Una curvado:Rmi{\displaystyle c:\mathbb {R} \to E}es suave si y solo si la composiciónλdo:tλ(do(t)){\displaystyle \lambda \circ c:t\mapsto \lambda (c(t))}está endo(R,R){\displaystyle C^{\infty }(\mathbb {R} ,\mathbb {R} )}a pesar deλmi{\displaystyle \lambda \en E^{*}}dóndemi{\displaystyle E^{*}}es el dual de todos los funcionales lineales continuos enmi{\displaystyle E}.
    • De forma equivalente, para todosλmi{\displaystyle \lambda \en E'}, el dual de todos los funcionales lineales acotados.
    • De forma equivalente, para todosλV{\displaystyle \lambda \in V}, dóndeV{\displaystyle V}es un subconjunto demi{\displaystyle E'}que reconoce subconjuntos acotados enmi{\displaystyle E}; véase [KM], 5.22.
  • Cualquier secuencia de Mackey-Cauchy (es decir,incógnitanorte{\displaystyle x_{n}}de tal manera quetnortemetro(incógnitanorteincógnitametro)0{\displaystyle t_{nm}(x_{n}-x_{m})\to 0}para algunostnortemetro{\displaystyle t_{nm}\to \infty }enR{\displaystyle \mathbb {R} }) converge enmi{\displaystyle E}Esto es visiblemente un requisito de exhaustividad leve.
  • SiB{\displaystyle B}es acotada, cerrada y absolutamente convexa, entoncesmiB{\displaystyle E_{B}}es un espacio Banach.
  • SiF:Rmi{\displaystyle f:\mathbb {R} \to E}es escalarLabiok{\displaystyle {\text{Lip}}^{k}}, entoncesF{\displaystyle f}esLabiok{\displaystyle {\text{Lip}}^{k}}, parak>1{\displaystyle k>1}.
  • SiF:Rmi{\displaystyle f:\mathbb {R} \to E}es escalardo{\displaystyle C^{\infty }}entoncesF{\displaystyle f}es diferenciable en0{\displaystyle 0}.

Aquí hay un mapaF:Rmi{\displaystyle f:\mathbb {R} \to E}se llamaLabiok{\displaystyle {\text{Lip}}^{k}}si todos los derivados hasta el ordenk{\displaystyle k}existen y son Lipschitz, localmente enR{\displaystyle \mathbb {R} }.

Mapeos suaves

Dejarmi{\displaystyle E}yF{\displaystyle F}sean espacios vectoriales convenientes, y deje queUmi{\displaystyle U\subseteq E}serdo{\displaystyle c^{\infty }}-abierto. Un mapeoF:UF{\displaystyle f:U\to F}se llama suave o do{\displaystyle C^{\infty }}, si la composiciónFdodo(R,F){\displaystyle f\circ c\in C^{\infty }(\mathbb {R} ,F)}a pesar dedodo(R,U){\displaystyle c\in C^{\infty }(\mathbb {R} ,U)}. Véase [KM], 3.11.

Propiedades principales del cálculo suave

1. Para las aplicaciones en espacios de Fréchet, esta noción de suavidad coincide con todas las demás definiciones razonables. EnR2{\displaystyle \mathbb {R} ^{2}}Este es un teorema no trivial, demostrado por Boman en 1967. Véase también [KM], 3.4.

2. Las aplicaciones multilineales son suaves si y solo si están acotadas ([KM], 5.5).

3. SiF:miUF{\displaystyle f:E\supseteq U\to F}es suave entonces la derivadadF:U×miF{\displaystyle df:U\times E\to F}es suave y tambiéndF:UL(mi,F){\displaystyle df:U\to L(E,F)}es suave dondeL(mi,F){\displaystyle L(E,F)}denota el espacio de todas las aplicaciones lineales acotadas con la topología de convergencia uniforme en subconjuntos acotados; véase [KM], 3.18.

4. Se cumple la regla de la cadena ([KM], 3.18).

5. El espaciodo(U,F){\displaystyle C^{\infty }(U,F)}de todos los mapeos suavesUF{\displaystyle U\to F}es nuevamente un espacio vectorial conveniente donde la estructura viene dada por la siguiente inyección, dondedo(R,R){\displaystyle C^{\infty }(\mathbb {R} ,\mathbb {R} )}lleva la topología de convergencia compacta en cada derivada por separado; véase [KM], 3.11 y 3.7.

do(U,F)dodo(R,U),Fdo(R,R),F(Fdo)do,.{\displaystyle C^{\infty }(U,F)\to \prod _{c\in C^{\infty }(\mathbb {R} ,U),\ell \in F^{*}}C^{\infty }(\mathbb {R} ,\mathbb {R} ),\quad f\mapsto (\ell \circ f\circ c)_{c,\ell }\,.}

6. Se cumple la ley exponencial ([KM], 3.12): Parado{\displaystyle c^{\infty }}-abiertoVF{\displaystyle V\subseteq F}La siguiente aplicación es un difeomorfismo lineal de espacios vectoriales convenientes.

do(U,do(V,GRAMO))do(U×V,GRAMO),Fgramo,F()(v)=gramo(,v).{\displaystyle C^{\infty }(U,C^{\infty }(V,G))\cong C^{\infty }(U\times V,G),\qquad f\mapsto g,\qquad f(u)(v)=g(u,v).}

Este es el supuesto principal del cálculo variacional. Aquí se presenta como un teorema. Esta propiedad es el origen del nombre conveniente , que fue tomado de (Steenrod 1967).

7. Teorema de acotación uniforme y suave ([KM], teorema 5.26). Una aplicación linealF:mido(V,GRAMO){\displaystyle f:E\to C^{\infty }(V,G)}es suave (por (2) equivalente a acotado) si y solo sievvF:VGRAMO{\displaystyle \operatorname {ev} _{v}\circ f:V\to G}es suave para cada unovV{\displaystyle v\in V}.

8. Las siguientes aplicaciones canónicas son suaves. Esto se deduce de la ley exponencial mediante razonamientos categóricos sencillos, véase [KM], 3.13.

ev:do(mi,F)×miF,ev(F,incógnita)=F(incógnita)ins:mido(F,mi×F),ins(incógnita)(y)=(incógnita,y)():do(mi,do(F,GRAMO))do(mi×F,GRAMO)():do(mi×F,GRAMO)do(mi,do(F,GRAMO))comp:do(F,GRAMO)×do(mi,F)do(mi,GRAMO)do(,):do(F,F1)×do(mi1,mi)do(do(mi,F),do(mi1,F1)),(F,gramo)(hFhgramo):do(mii,Fi)do(mii,Fi){\displaystyle {\begin{aligned}&\operatorname {ev} :C^{\infty }(E,F)\times E\to F,\quad {\text{ev}}(f,x)=f(x)\\[6pt]&\operatorname {ins} :E\to C^{\infty }(F,E\times F),\quad {\text{ins}}(x)(y)=(x,y)\\[6pt]&(\quad )^{\wedge }:C^{\infty }(E,C^{\infty }(F,G))\to C^{\infty }(E\times F,G)\\[6pt]&(\quad )^{\vee }:C^{\infty }(E\times F,G)\to C^{\infty }(E,C^{\infty }(F,G))\\[6pt]&\operatorname {comp} :C^{\infty }(F,G)\times C^{\infty }(E,F)\to C^{\infty }(E,G)\\[6pt]&C^{\infty }(\quad ,\quad ):C^{\infty }(F,F_{1})\times C^{\infty }(E_{1},E)\to C^{\infty }(C^{\infty }(E,F),C^{\infty }(E_{1},F_{1})),\quad (f,g)\mapsto (h\mapsto f\circ h\circ g)\\[6pt]&\prod :\prod C^{\infty }(E_{i},F_{i})\to C^{\infty }\left(\prod E_{i},\prod F_{i}\right)\end{aligned}}}

El cálculo conveniente de aplicaciones suaves apareció por primera vez en [Frölicher, 1981], [Kriegl 1982, 1983]. El cálculo conveniente (que posee las propiedades 6 y 7) también existe para:

  • Aplicaciones analíticas reales (Kriegl, Michor, 1990; véase también [KM], capítulo II).
  • Mapeos holomorfos (Kriegl, Nel, 1985; véase también [KM], capítulo II). La noción de holomorfía es la de [Fantappié, 1930-33].
  • Muchas clases de funciones ultradiferenciables de Denjoy-Carleman, tanto de tipo Beurling como de tipo Roumieu [Kriegl, Michor, Rainer, 2009, 2011, 2015].
  • Con algunas adaptaciones,Labiok{\displaystyle \operatorname {Lip} ^{k}}, [FK].
  • Con más adaptaciones, inclusodok,α{\displaystyle C^{k,\alpha }} (es decir, elk{\displaystyle k}La derivada -ésima es Hölder-continua con índiceα{\displaystyle \alpha }) ([Faure, 1989], [Faure, These Geneve, 1991]).

La noción correspondiente de espacio vectorial conveniente es la misma (para su espacio vectorial real subyacente en el caso complejo) para todas estas teorías.

Aplicación: Variedades de aplicaciones entre variedades de dimensión finita

La ley exponencial 6 del cálculo conveniente permite demostraciones muy simples de los hechos básicos sobre variedades de aplicaciones. SeaMETRO{\displaystyle M}ynorte{\displaystyle N}sean variedades suaves de dimensión finita dondeMETRO{\displaystyle M}es compacto . Utilizamos una métrica de Riemann auxiliar.gramo¯{\displaystyle {\bar {g}}}ennorte{\displaystyle N}. El mapeo exponencial riemanniano degramo¯{\displaystyle {\bar {g}}}Se describe en el siguiente diagrama:

Induce un atlas de cartas sobre el espaciodo(METRO,norte){\displaystyle C^{\infty }(M,N)}de todos los mapeos suavesMETROnorte{\displaystyle M\to N}de la siguiente manera. Un gráfico centrado enFdo(METRO,norte){\displaystyle f\in C^{\infty }(M,N)}, es:

F:do(METRO,norte)UF={gramo:(F,gramo)(METRO)Vnorte×norte}U~FΓ(FTnorte),{\displaystyle u_{f}:C^{\infty }(M,N)\supset U_{f}=\{g:(f,g)(M)\subset V^{N\times N}\}\to {\tilde {U}}_{f}\subset \Gamma (f^{*}TN),}
F(gramo)=(πnorte,expgramo¯)1(F,gramo),F(gramo)(incógnita)=(expF(incógnita)gramo¯)1(gramo(incógnita)),{\displaystyle u_{f}(g)=(\pi _{N},\exp ^{\bar {g}})^{-1}\circ (f,g),\quad u_{f}(g)(x)=(\exp _{f(x)}^{\bar {g}})^{-1}(g(x)),}
(F)1(s)=expFgramo¯s,(F)1(s)(incógnita)=expF(incógnita)gramo¯(s(incógnita)).{\displaystyle (u_{f})^{-1}(s)=\exp _{f}^{\bar {g}}\circ s,\qquad \quad (u_{f})^{-1}(s)(x)=\exp _{f(x)}^{\bar {g}}(s(x)).}

Ahora los hechos básicos se entienden fácilmente. Simplificando el haz vectorial de retrocesoFTnorte{\displaystyle f^{*}TN}y aplicando la ley exponencial 6 se llega al difeomorfismo

do(R,Γ(METRO;FTnorte))=Γ(R×METRO;pagr2FTnorte).{\displaystyle C^{\infty }(\mathbb {R} ,\Gamma (M;f^{*}TN))=\Gamma (\mathbb {R} \times M;\operatorname {pr_{2}} ^{*}f^{*}TN).}

Todos los mapeos de cambio de gráficos son suaves (do{\displaystyle C^{\infty }}) ya que mapean curvas suaves a curvas suaves:

U~F1s(πnorte,expgramo¯)s(πnorte,expgramo¯)(F2,expF1gramo¯s).{\displaystyle {\tilde {U}}_{f_{1}}\ni s\mapsto (\pi _{N},\exp ^{\bar {g}})\circ s\mapsto (\pi _{N},\exp ^{\bar {g}})\circ (f_{2},\exp _{f_{1}}^{\bar {g}}\circ s).}

De este mododo(METRO,norte){\displaystyle C^{\infty }(M,N)}es una variedad diferenciable modelada en espacios de Fréchet. El espacio de todas las curvas diferenciables en esta variedad viene dado por

do(R,do(METRO,norte))do(R×METRO,norte).{\displaystyle C^{\infty }(\mathbb {R} ,C^{\infty }(M,N))\cong C^{\infty }(\mathbb {R} \times M,N).}

Dado que mapea visiblemente curvas suaves a curvas suaves, la composición

do(PAG,METRO)×do(METRO,norte)do(PAG,norte),(F,gramo)gramoF,{\displaystyle C^{\infty }(P,M)\times C^{\infty }(M,N)\to C^{\infty }(P,N),\qquad (f,g)\mapsto g\circ f,}

es suave. Como consecuencia de la estructura del gráfico, el fibrado tangente de la variedad de aplicaciones viene dado por

πdo(METRO,norte)=do(METRO,πnorte):Tdo(METRO,norte)=do(METRO,Tnorte)do(METRO,norte).{\displaystyle \pi _{C^{\infty }(M,N)}=C^{\infty }(M,\pi _{N}):TC^{\infty }(M,N)=C^{\infty }(M,TN)\to C^{\infty }(M,N).}

Grupos regulares de mentiras

DejarGRAMO{\displaystyle G}ser un grupo de Lie suave y conexo modelado en espacios vectoriales convenientes, con álgebra de Lie gramo=TmiGRAMO{\displaystyle {\mathfrak {g}}=T_{e}G}La multiplicación y la inversión se denotan por:

μ:GRAMO×GRAMOGRAMO,μ(incógnita,y)=incógnita.y=μincógnita(y)=μy(incógnita),ν:GRAMOGRAMO,ν(incógnita)=incógnita1.{\displaystyle \mu :G\times G\to G,\quad \mu (x,y)=x.y=\mu _{x}(y)=\mu ^{y}(x),\qquad \nu :G\to G,\nu (x)=x^{-1}.}

La noción de un grupo de Lie regular se debe originalmente a Omori et al. para los grupos de Lie de Fréchet, fue debilitada y hecha más transparente por J. Milnor, y luego se llevó a los grupos de Lie convenientes; véase [KM], 38.4.

Un grupo de mentirasGRAMO{\displaystyle G}Se considera regular si se cumplen las dos condiciones siguientes:

  • Para cada curva suaveincógnitado(R,gramo){\displaystyle X\in C^{\infty }(\mathbb {R} ,{\mathfrak {g}})}En el álgebra de Lie existe una curva suave.gramodo(R,GRAMO){\displaystyle g\in C^{\infty }(\mathbb {R} ,G)}en el grupo de Lie cuya derivada logarítmica derecha esincógnita{\displaystyle X}Resulta quegramo{\displaystyle g}está determinado de forma única por su valor inicial.gramo(0){\displaystyle g(0)}, si existe. Es decir,
gramo(0)=mi,tgramo(t)=Tmi(μgramo(t))incógnita(t)=incógnita(t).gramo(t).{\displaystyle g(0)=e,\qquad \partial _{t}g(t)=T_{e}(\mu ^{g(t)})X(t)=X(t).g(t).}

Si gramo{\displaystyle g}es la solución única para la curvaincógnita{\displaystyle X}Como se requirió anteriormente, denotamos

evoluciónGRAMOr(incógnita)=gramo(1),EvolGRAMOr(incógnita)(t):=gramo(t)=evoluciónGRAMOr(tincógnita).{\displaystyle \operatorname {evol} _{G}^{r}(X)=g(1),\quad \operatorname {Evol} _{G}^{r}(X)(t):=g(t)=\operatorname {evol} _{G}^{r}(tX).}
  • Se requiere que el siguiente mapeo sea fluido:
evoluciónGRAMOr:do(R,gramo)GRAMO.{\displaystyle \operatorname {evol} _{G}^{r}:C^{\infty }(\mathbb {R} ,{\mathfrak {g}})\to G.}

Siincógnita{\displaystyle X}es una curva constante en el álgebra de Lie, entoncesevoluciónGRAMOr(incógnita)=expGRAMO(incógnita){\displaystyle \operatorname {evol} _{G}^{r}(X)=\exp ^{G}(X)}es el mapeo exponencial de grupo.

Teorema. Para cada variedad compactaMETRO{\displaystyle M}, el grupo de difeomorfismosDiferencia(METRO){\displaystyle \operatorname {Diff} (M)}es un grupo de Lie regular. Su álgebra de Lie es el espacioincógnita(METRO){\displaystyle {\mathfrak {X}}(M)}de todos los campos vectoriales suaves enMETRO{\displaystyle M}, con el negativo del paréntesis usual como paréntesis de Lie.

Prueba: El grupo de difeomorfismosDiferencia(METRO){\displaystyle \operatorname {Diff} (M)}es una variedad suave ya que es un subconjunto abierto endo(METRO,METRO){\displaystyle C^{\infty }(M,M)}. La composición es suave por restricción. La inversión es suave: SitF(t, ){\displaystyle t\to f(t,\ )}es una curva suave enDiferencia(METRO){\displaystyle \operatorname {Diff} (M)}, entonces f ( t , ) −1  F(t, )1(incógnita){\displaystyle f(t,\ )^{-1}(x)}satisface la ecuación implícita F(t,F(t,)1(incógnita))=incógnita{\displaystyle f(t,f(t,\quad )^{-1}(x))=x}, por lo tanto, según el teorema de la función implícita de dimensión finita,(t,incógnita)F(t, )1(incógnita){\displaystyle (t,x)\mapsto f(t,\ )^{-1}(x)}es suave. Por lo tanto, la inversión mapea curvas suaves a curvas suaves, y por lo tanto la inversión es suave. Seaincógnita(t,incógnita){\displaystyle X(t,x)}ser un campo vectorial dependiente del tiempo enMETRO{\displaystyle M}(endo(R,incógnita(METRO)){\displaystyle C^{\infty }(\mathbb {R} ,{\mathfrak {X}}(M))}). Luego, el operador de flujoFlorida{\displaystyle \operatorname {Fl} }del campo vectorial autónomo correspondientet×incógnita{\displaystyle \partial _{t}\times X}enR×METRO{\displaystyle \mathbb {R} \times M}induce el operador de evolución a través de

Floridas(t,incógnita)=(t+s,Evol(incógnita)(t,incógnita)){\displaystyle \operatorname {Fl} _{s}(t,x)=(t+s,\operatorname {Evol} (X)(t,x))}

que satisface la ecuación diferencial ordinaria

tEvol(incógnita)(t,incógnita)=incógnita(t,Evol(incógnita)(t,incógnita)).{\displaystyle \partial _{t}\operatorname {Evol} (X)(t,x)=X(t,\operatorname {Evol} (X)(t,x)).}

Dada una curva suave en el álgebra de Lie,incógnita(s,t,incógnita)do(R2,incógnita(METRO)){\displaystyle X(s,t,x)\in C^{\infty }(\mathbb {R} ^{2},{\mathfrak {X}}(M))}Entonces, la solución de la ecuación diferencial ordinaria depende suavemente también de la variable adicional.s{\displaystyle s}, de este modoevoluciónDiferencia(METRO)r{\displaystyle \operatorname {evol} _{\operatorname {Diff} (M)}^{r}}mapea curvas suaves de campos vectoriales dependientes del tiempo a curvas suaves de difeomorfismo. QED.

El conjunto principal de incrustaciones

Para variedades de dimensión finitaMETRO{\displaystyle M}ynorte{\displaystyle N}conMETRO{\displaystyle M}compacto, el espacioEmb(METRO,norte){\displaystyle \operatorname {Emb} (M,N)}de todas las incrustaciones suaves deMETRO{\displaystyle M}ennorte{\displaystyle N}, está abierto endo(METRO,norte){\displaystyle C^{\infty }(M,N)}, por lo tanto es una variedad diferenciable. El grupo de difeomorfismosDiferencia(METRO){\displaystyle \operatorname {Diff} (M)}actúa libre y suavemente desde la derecha enEmb(METRO,norte){\displaystyle \operatorname {Emb} (M,N)}.

Teorema:Emb(METRO,norte)Emb(METRO,norte)/Diferencia(METRO){\displaystyle \operatorname {Emb} (M,N)\to \operatorname {Emb} (M,N)/\operatorname {Diff} (M)}es un haz de fibras principal con grupo de estructuraDiferencia(METRO){\displaystyle \operatorname {Diff} (M)}.

Demostración: Se utiliza nuevamente una métrica riemanniana auxiliar.gramo¯{\displaystyle {\bar {g}}}ennorte{\displaystyle N}. DadoFEmb(METRO,norte){\displaystyle f\in \operatorname {Emb} (M,N)}, vistaF(METRO){\displaystyle f(M)}como una subvariedad denorte{\displaystyle N}y dividir la restricción del fibrado tangenteTnorte{\displaystyle TN}aF(METRO){\displaystyle f(M)}en el subpaquete normal aF(METRO){\displaystyle f(M)}y tangencial aF(METRO){\displaystyle f(M)}como Tnorte|F(METRO)=Ni(F(METRO))TF(METRO){\displaystyle TN|_{f(M)}=\operatorname {Nor} (f(M))\oplus Tf(M)}Elige un barrio tubular

pagF(METRO):Ni(F(METRO))WF(METRO)F(METRO).{\displaystyle p_{f(M)}:\operatorname {Nor} (f(M))\supset W_{f(M)}\to f(M).}

Sigramo:METROnorte{\displaystyle g:M\to N}esdo1{\displaystyle C^{1}}-cerca deF{\displaystyle f}, entonces

ϕ(gramo):=F1pagF(METRO)gramoDiferencia(METRO)ygramoϕ(gramo)1Γ(FWF(METRO))Γ(FNi(F(METRO))).{\displaystyle \phi (g):=f^{-1}\circ \,p_{f(M)}\circ \,g\in \operatorname {Diff} (M)\quad {\text{and}}\quad g\circ \,\phi (g)^{-1}\in \Gamma (f^{*}W_{f(M)})\subset \Gamma (f^{*}\operatorname {Nor} (f(M))).}

Esta es la división local requerida. QED

Otras aplicaciones

En [Bauer, Bruveris, Michor, 2014] se puede encontrar una descripción general de las aplicaciones que utilizan la geometría de los espacios de formas y los grupos de difeomorfismos.

Notas

  1. Un ejemplo de mapeo de composición es el mapeo de evaluación.ev:mi×miR{\displaystyle {\text{ev}}:E\times E^{*}\to \mathbb {R} }, dóndemi{\displaystyle E}es un espacio vectorial localmente convexo , y donde mi{\displaystyle E^{*}}es su dual de funcionales lineales continuos equipados con cualquier topología localmente convexa tal que el mapeo de evaluación sea continua por separado. Si se supone que la evaluación es continua conjuntamente, entonces hay vecindadesUmi{\displaystyle U\subseteq E}yVmi{\displaystyle V\subseteq E^{*}}de cero tal queev(U×V)[0,1]{\displaystyle {\text{ev}}(U\times V)\subseteq [0,1]}Sin embargo, esto significa queU{\displaystyle U}está contenido en el polar del conjunto abiertoV{\displaystyle V}; por lo tanto, está delimitado enmi{\displaystyle E}. De este modomi{\displaystyle E}admite un entorno acotado de cero y, por lo tanto, es un espacio vectorial normado .
  2. Para que sea útil para resolver ecuaciones como las EDP no lineales, el cálculo conveniente debe complementarse con, por ejemplo, estimaciones a priori que ayuden a crear una situación de espacio de Banach suficiente para permitir la convergencia de algún procedimiento iterativo; por ejemplo, véase el teorema de Nash-Moser , descrito en términos de cálculo conveniente en [KM], sección 51.

Referencias

  • Bauer, M., Bruveris, M., Michor, PW: Panorama general de las geometrías de los espacios de formas y los grupos de difeomorfismos. Journal of Mathematical Imaging and Vision, 50, 1-2, 60-97, 2014. (arXiv:1305.11500)
  • Boman, J.: Diferenciabilidad de una función y de su composición con una función de una variable, Mathematica Scandinavia vol. 20 (1967), 249–268.
  • Faure, C.-A.: Sur un théorème de Boman, CR Acad. Sci., París}, vol. 309 (1989), 1003–1006.
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  • Frölicher, A.: Applications lisses entre espaces et variétés de Fréchet, CR Acad. Ciencia. París, vol. 293 (1981), 125-127.
  • [FK] Frölicher, A., Kriegl, A.: Espacios lineales y teoría de la diferenciación. Matemáticas puras y aplicadas, J. Wiley, Chichester, 1988.
  • Kriegl, A.: Die richtigen Räume für Analysis im Unendlich – Dimensionalen, Monatshefte für Mathematik vol. 94 (1982) 109–124.
  • Kriegl, A.: Eine kartesisch abgeschlossene Kategorie glatter Abbildungen zwischen beliebigen lokalkonvexen Vektorräumen, Monatshefte für Mathematik vol. 95 (1983) 287–309.
  • [KM] Kriegl, A., Michor, PW: El entorno conveniente del análisis global. Mathematical Surveys and Monographs, Volumen: 53, American Mathematical Society, Providence, 1997. (pdf)
  • Kriegl, A., Michor, PW, Rainer, A.: El entorno conveniente para las aplicaciones diferenciables de Denjoy-Carleman no cuasianalíticas, Journal of Functional Analysis, vol. 256 (2009), 3510–3544. (arXiv:0804.2995)
  • Kriegl, A., Michor, PW, Rainer, A.: El entorno conveniente para las aplicaciones diferenciables de Denjoy-Carleman cuasianalíticas, Journal of Functional Analysis, vol. 261 (2011), 1799–1834. (arXiv:0909.5632)
  • Kriegl, A., Michor, PW, Rainer, A.: El marco conveniente para las aplicaciones diferenciables de Denjoy-Carleman de tipo Beurling y Roumieu. Revista Matemática Complutense (2015). doi:10.1007/s13163-014-0167-1. (arXiv:1111.1819)
  • Michor, PW: Variedades de aplicaciones y formas. (arXiv:1505.02359)
  • Steenrod, NE: Una categoría conveniente para espacios topológicos, Michigan Mathematical Journal, vol. 14 (1967), 133–152.