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切丛


每个光滑流形 M 都有一个切丛 TM,它由所有点 pM 处的切空间 TM_p 组成。 由于切空间 TM_pMp 处所有切向量的集合,因此切丛是所有切向量的集合,以及它们所切于的点的信息的集合。

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

切丛是向量丛的一个特例。 作为一个丛,它的丛的秩n,其中 nM 的维数。 M 上的坐标图TM 提供了一个平凡化。 在坐标 (x_1,...,x_n) 中,向量场 (v_1,...,v_n),其中 v_i=partial/partialx_i,张成每个点(在坐标图中)的切向量。 从这些坐标到另一组坐标的过渡函数由坐标变化的雅可比矩阵给出。

例如,在单位球面上,在点 (1,0,0) 处,在同一个半球上定义了两个不同的坐标图,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}。 坐标图之间的映射是 alpha=psi^(-1) degreesphi

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

雅可比矩阵 alpha:U_1->U_2 由矩阵值函数给出

 [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。

切向量通过雅可比矩阵变换。 在 (x_1,x_2) 中的点 U_1 处,切向量 v 对应于 alpha(x_1,x_2)U_2 的切向量 Jv。 这两个只是切丛的同一个元素的不同版本。


参见

微积分, 坐标图, 余切丛, 方向导数, 欧几里得空间, 雅可比矩阵, 流形, 切丛截面, 切空间, 切向量, 向量场, 向量空间 在 MathWorld 课堂中探索这个主题

此条目由 Todd Rowland 贡献

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如此引用

Rowland, Todd. "Tangent Bundle." 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源,由 Eric W. Weisstein 创建。 https://mathworld.net.cn/TangentBundle.html

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