Введение

В дифференциальной геометрии, дисциплине математики, распределение на многообразии - это назначение векторных подпространств, удовлетворяющих определенным свойствам. В наиболее распространенных ситуациях, распределение просят быть векторной подгруппой тангентной пучки Распределения, удовлетворяющие дополнительному условию интегральности, приводят к фолиациям, т.е. разделению разнообразия на меньшие подмножества. Эти понятия имеют несколько применений во многих областях математики, например, интегральные системы, геометрия Пуассона, некоммутативная геометрия, суб-Риманновская геометрия, дифференциальная топология и т. д. Несмотря на то, что они имеют одно и то же название, распределения, представленные в этой статье, не имеют ничего общего с распределениями в смысле анализа.

Определение

Пусть будет гладким разнообразием; (гладкое) распределение назначает любой точке векторное подпространство гладким образом. Точнее, состоит из коллекции векторных подпространств со следующим свойством. Вокруг любого существует соседство и коллекция векторных полей, такие, что для любой точки , span Совокупность гладких векторных полей также называется локальной базой. Обратите внимание, что число может быть различным для разных районов. Это обозначение используется для обозначения как назначения , так и подмножества .

Регулярные распределения

При наличии целого числа, равномерное распределение называется регулярным ранга, если все подпространства имеют одинаковые измерения. Локально это означает, что каждое локальное основание дано линейно независимыми векторными полями. Более компактно, регулярное распределение - это векторная подгруппа ранга (это на самом деле наиболее часто используемое определение). Распределение ранга иногда называют распределением плоскости, и когда , говорится о распределении гиперплоскости.

Специальные классы распределений

Если не указано иное, под "распределением" мы подразумеваем плавное регулярное распределение (в смысле, объясненном выше).

Инклюзивные распределения

При данном распределении , его секции состоят из векторных полей, которые касаются , и они образуют векторное подпространство пространства всех векторных полей на распределении A называется инволвирующим, если оно также является субагеброй Ли: другими словами, для любых двух векторных полей , скобка Ли принадлежит к локально, это условие означает, что для каждой точки существует локальная основа распределения в таком районе, что для всех , скобка Ли находится в диапазоне , т. е. является линейной комбинацией инволвирующих распределений являются фундаментальным компонентом в изучении интегральных систем. Связанная идея встречается в гамильтоновой механике: две функции и на симплектическом многообразии, как говорят, находятся в взаимной инволюции, если их скобки Поусона исчезают.

Интегрируемые распределения и листва

Интегральный многообразие для распределения ранга является подмножеством измерения, таким, что для каждого распределения A называется интегральным, если через любую точку есть интегральное многообразие. Базовые пространства пучка являются таким образом разрозненными, максимальными, связанными интегральными многообразиями, также называемыми листьями; то есть, определяет n-мерную листву локально, интегральность означает, что для каждой точки существует локальная диаграмма, такая, что для каждой , пространство охвачено координатными векторами Другими словами, каждая точка допускает диаграмму листьев, т.е. распределение касается листьев листьев. Более того, эта локальная характеристика совпадает с определением интегральности для структур, когда группа реальных обратимых верхних треугольных матриц блоков (с и блоками). Легко увидеть, что любое интегральное распределение автоматически инволютивно. Обратная версия менее тривиальна, но соответствует теореме Фробена.

Интегрируемые

Любое векторное поле на определяет распределение ранга 1, устанавливая , которое автоматически интегрируется: изображение любой интегральной кривой является интегральным многообразием. Тривиальное распределение ранга on генерируется первыми координатными векторными полями. Оно автоматически интегрируется, а интегральные многообразия определяются уравнениями , для любых констант. В общем, любое инволютивное/интегральное распределение слабо регулярно (с для каждого ), но оно никогда не генерирует скобки.

Неинтегрируемые

Распределение Мартинета на дан с , для ; эквивалентно, оно генерируется векторными полями и генерируется скобками с , но оно не слабо регулярно: имеет 3 место повсюду, кроме поверхности Распределение контактов на дан с , для ; эквивалентно, оно генерируется векторными полями и , для Это слабо регулярно, с вектором роста и генерирующим скобками, с Можно также определить абстрактные контактные структуры на многообразии как распределение гиперплоскости, которое максимально неинтегрально, т.е. оно далеко не инволвиозное. Аналог теоремы Дарбукса показывает, что такая структура имеет уникальную локальную модель, описанную выше. Распределение Энгеля на дается , для и; эквивалентно, оно генерируется векторными полями и слабо регулярно, с вектором роста , и генерирующим скобки. Можно также определить абстрактную структуру Энгеля на многообразии как слабо регулярное распределение ранга 2, такое, что имеет ранг 3 и имеет ранг 4; Энгель доказал, что такая структура имеет уникальную локальную модель, описанную выше. В целом, структура Гурсата на многообразии представляет собой распределение ранга 2, которое слабо регулярно и генерирует скобки, с вектором роста For и восстанавливает соответственно распределения контактов на трехмерных многообразиях и распределения Энгеля. Структуры Гурсата локально диффеоморфны к распределению джетов Картана .

Сингулярные распределения

Сингулярное распределение, обобщенное распределение или распределение Стефана Суссмана, является плавным распределением, которое не является регулярным. Это означает, что подпространства могут иметь разные размеры, и поэтому подмножество больше не является гладким подмножеством. В частности, число элементов в локальном базе будет меняться с , и эти векторные поля больше не будут линейно независимыми повсюду. Нетрудно увидеть, что размерность нижней полунепрерывной, так что в особых точках размерность ниже, чем в близлежащих точках.

Примеры

При наличии действия группы Ли на многообразие, его бесконечно малые генераторы охватывают сингулярное распределение, которое всегда интегрируемо; листья связанного сингулярного листва являются точно орбитами группового действия. Распределение/листвание является регулярным, если и только если действие свободное. При наличии многообразия Пуассона , изображение является сингулярным распределением, которое всегда интегрируемо; листья ассоциированной сингулярной листвования являются именно симплектическими листьями распределения / листвования регулярны, если и только если многообразие Пуассона регулярно. Более общим образом, изображение якорной карты любого алгеброида Ли определяет сингулярное распределение, которое автоматически интегрируется, и листья связанного сингулярного листва являются именно листьями алгеброида Ли. Распределение/листообразование является регулярным, если и только если имеет постоянный ранг, т.е. алгеброид Ли является регулярным. Рассматривая, соответственно, действие алгебраида Ли и котангент алгебраида Ли, можно восстановить два приведенных выше примера. В динамических системах сингулярное распределение возникает из множества векторных полей, которые перемещаются с данным полем. Существуют также примеры и применения в теории управления, где обобщенное распределение представляет собой бесконечно малые ограничения системы.

Книги, заметки с лекций и внешние ссылки

Уильям М. Бутби. Раздел IV. 8 в "Введении в дифференцируемые многообразия и римановскую геометрию", Академическая пресса, Сан-Диего, Калифорния, 2003. Джон М. Ли, глава 19 в "Введение в гладкие многообразные", "Высшие учебные тексты по математике", Springer Verlag, 2003. Ричард Монтгомери, главы 2, 4 и 6 в "Путешествие по субриманнианской геометрии, их геодезике и применению". Математические исследования и монографии 91. Амер. Математика. Сок., Провиденс, Ри, 2002. Альваро дель Пино, Топологические аспекты в изучении тангентных распределений. Текстовые математики. Серия Б, 48. Университет Коимбры, 2019 год.