حزمة الإطار

في الرياضيات ، الحزمة الإطارية هي حزمة ألياف رئيسيةمرتبط بأي حزمة متجهةأليافعلى نقطةهي مجموعة جميع القواعد المرتبة ، أو الإطارات ، لـتؤثر المجموعة الخطية العامة بشكل طبيعي علىعن طريق تغيير الأساس ، مما يمنح حزمة الإطار بنية أساسية- حزمة (حيث k هي رتبة).
حزمة الإطار لمتشعب أملس هي الحزمة المرتبطة بحزمة المماس الخاصة به . ولهذا السبب تُسمى أحيانًا حزمة إطار المماس .
التعريف والبناء
يتركليكن حزمة متجهات حقيقية من الرتبةعلى فضاء طوبولوجيإطار عند نقطةهي أساس مرتب للفضاء المتجهي. وبالمثل، يمكن اعتبار الإطار بمثابة تماثل خطي
مجموعة جميع الإطارات في، المشار إليه، له حق طبيعي في العمل من قبل المجموعة الخطية العامةمن القابل للعكسالمصفوفات: عنصر المجموعةيؤثر على الإطارعن طريق التركيب لإعطاء إطار جديد
هذا الإجراء منعلىهو فضاء حر ومتعدٍ (وهذا يتبع من نتيجة الجبر الخطي القياسية التي تنص على وجود تحويل خطي عكسي فريد ينقل أساسًا إلى آخر). وباعتباره فضاءً طوبولوجيًا،متماثل الشكل مععلى الرغم من افتقارها إلى بنية جماعية، لعدم وجود "إطار مفضل". الفضاءيقال إنه- تورسور .
حزمة الإطار لـ، ويرمز إليه بـأو، هو الاتحاد المنفصل لجميع:
كل نقطة فيهو زوج، أينهي نقطة فيوهو إطار فيهناك بروز طبيعيوالذي يرسللالمجموعةأعمال بشأنعلى اليمين كما في الأعلى. هذا الفعل حرٌّ بوضوح، والمدارات ليست سوى ألياف.
بنية الحزمة الرئيسية
حزمة الإطاريمكن إعطاؤها بنية طوبولوجية طبيعية وبنية حزمية محددة بواسطة بنية.... يتركأن يكون تبسيطًا محليًا لـثم لكلأحدهما له تماثل خطيتحدد هذه البيانات تقابلًا
مقدم من
مع هذه التقابلات، كليمكن إعطاء طوبولوجياالطوبولوجيا علىهل الطوبولوجيا النهائية ناتجة عن خرائط التضمين؟.
باستخدام جميع البيانات المذكورة أعلاه، يتم إنشاء حزمة الإطاراتيصبح حزمة ألياف رئيسية علىمع مجموعة هيكليةوالتبسيطات المحليةيمكن التحقق من أن دوال الانتقال لـوهي مماثلة لتلك الخاصة بـ.
ينطبق ما سبق أيضاً على الفئة السلسة: إذاهي حزمة متجهات ملساء فوق مشعب أملسثم حزمة الإطارات الخاصة بـيمكن إعطاؤها بنية حزمة رئيسية سلسة على.
حزم المتجهات المرتبطة
حزمة متجهاتوحزمة الإطار الخاصة بهاهي حزم مترابطة . كل واحدة منها تحدد الأخرى. حزمة الإطاريمكن بناؤها منكما سبق، أو بشكل أكثر تجريدًا باستخدام نظرية بناء حزمة الألياف . باستخدام الطريقة الأخيرة،هي حزمة الألياف التي لها نفس القاعدة، ومجموعة البنية، والجوار التافهة، ووظائف الانتقال مثللكن بألياف مجردة، حيث يكون تأثير مجموعة البنيةعلى الأليافوهي عملية الضرب من اليسار.
بالنظر إلى أي تمثيل خطي :\mathrm {GL} (k,\mathbb {R} )\to \mathrm {GL} (V,\mathbb {F} )} يوجد حزمة متجهة
مرتبط بـوالذي يُعطى بواسطة حاصل الضربmodulo علاقة التكافؤللجميعفي. نرمز إلى فئات التكافؤ بـ.
حزمة المتجهاتمتماثل بشكل طبيعي مع الحزمةأينهو التمثيل المميز لـعلى. يُعطى التشاكل بواسطة
أينهو متجه فيوهو إطار فييمكن للمرء بسهولة التحقق من أن هذه الخريطة محددة جيدًا .
أي حزمة متجهة مرتبطة بـيمكن الحصول على ذلك من خلال البناء المذكور أعلاه. على سبيل المثال، الحزمة الثنائية لـيُعطى بواسطةأينهو التمثيل الثنائي للتمثيل الأساسي. حزم الموترات منيمكن بناؤها بطريقة مماثلة.
حزمة الإطار المماسي
حزمة الإطار المماسي (أو ببساطة حزمة الإطار ) لمتشعب أملسهي حزمة الإطار المرتبطة بحزمة المماس لـحزمة الإطار لـيُشار إليه غالبًا بـأوبدلاً منفي الفيزياء، يُشار إليه أحيانًا بـ. لويكونإذا كان عدد الأبعاد يساوي n، فإن حزمة المماس لها رتبةلذا فإن حزمة الإطار لـهو مديرحزمة شاملة.
إطارات ناعمة
الأجزاء المحلية من حزمة الإطار لـتُسمى هذه الإطارات بالإطارات الملساءتنص نظرية المقطع العرضي للحزم الرئيسية على أن حزمة الإطار تكون تافهة على أي مجموعة مفتوحة فيفيوالذي يسمح بإطار أملس. بالنظر إلى إطار أملس، التبسيطيُعطى بواسطة
أينهو إطار فيويترتب على ذلك أن المتشعب قابل للتوازي إذا وفقط إذا كانت حزمة الإطار لـيقبل قسمًا عالميًا.
بما أن الحزمة المماسية لـيمكن تبسيطها على نطاقات إحداثيات الجوار لـوكذلك حزمة الإطار. في الواقع، بالنظر إلى أي جوار إحداثيمع الإحداثياتحقول متجهات الإحداثيات
حدد إطارًا سلسًا علىمن مزايا العمل مع حزم الإطارات أنها تتيح استخدام إطارات أخرى غير إطارات الإحداثيات؛ إذ يمكن اختيار إطار مناسب للمشكلة المطروحة. ويُطلق على هذه الطريقة أحيانًا اسم طريقة الإطارات المتحركة .
نموذج اللحام
حزمة الإطار لمشعبهو نوع خاص من الحزم الرئيسية بمعنى أن هندسته مرتبطة بشكل أساسي بهندسةيمكن التعبير عن هذه العلاقة باستخدام شكل تفاضلي أحادي ذي قيم متجهة علىيُطلق عليه شكل اللحام (المعروف أيضًا بالشكل الأساسي أو الشكل التكراري 1 ). ليكنكن نقطة من نقاط التشعبوإطار في، لهذا السبب
هو تماثل خطي لـمع الفضاء المماسي لـفي. شكل اللحام منهو- نموذج أحادي القيمةمحدد بواسطة
حيث ξ هو متجه مماس لـعند النقطة، وهو معكوس خريطة الإطار، وهو تفاضل خريطة الإسقاطيكون شكل اللحام أفقيًا بمعنى أنه يتلاشى على المتجهات المماسية لأليافومتغيرة من اليمين بالمعنى التالي:
أينهذه ترجمة صحيحة من قِبليُطلق على الشكل الذي يتمتع بهذه الخصائص اسم الشكل الأساسي أو الشكل الموتري .تتوافق هذه النماذج بشكل مباشر معالأشكال ذات القيمة 1 علىوالتي بدورها تتطابق تطابقاً تاماً مع خرائط الحزم الملساءزيادة. من هذا المنظورإنها مجرد خريطة الهوية على.
كاصطلاح تسمية، يُستخدم مصطلح "صيغة أحادية تكرارية" عادةً للحالات التي يكون فيها للصيغة تعريف معياري، كما هو الحال هنا، بينما يُعدّ مصطلح "صيغة اللحام" أكثر ملاءمةً للحالات التي لا يكون فيها للصيغة تعريف معياري. ولا يُراعى هذا الاصطلاح هنا.
حزمة إطار متعامد
إذا كانت حزمة متجهةيتم تجهيزها بمقياس حزمة ريماني، ثم كل ليفلا يقتصر الأمر على كونه فضاءً متجهيًا فحسب، بل هو أيضًا فضاء جداء داخلي . ومن ثم، يمكن الحديث عن مجموعة جميع الإطارات المتعامدة لـإطار متعامد لـهو أساس متعامد أمر لأو، بشكل مكافئ، قياس متساوي القياس الخطي
أينمُجهّز بالمقياس الإقليدي القياسي . المجموعة المتعامدةتؤثر هذه الدالة بحرية وبشكل متعدٍ على مجموعة جميع الإطارات المتعامدة المعيارية عبر التركيب الأيمن. بعبارة أخرى، فإن مجموعة جميع الإطارات المتعامدة المعيارية هي مجموعة يمينية.- تورسور .
حزمة الإطار المتعامد لـ، المشار إليه، هي مجموعة جميع الإطارات المتعامدة عند كل نقطةفي المساحة الأساسيةيمكن بناؤها بطريقة مماثلة تمامًا لطريقة بناء حزمة الإطار العادية. حزمة الإطار المتعامدة من رتبةحزمة متجهات ريمانهو مدير- حزمة فوقومرة أخرى، يعمل التصميم بشكل جيد بنفس القدر في الفئة السلسة.
إذا كانت حزمة المتجهاتإذا كان قابلاً للتوجيه ، فيمكن تعريف حزمة الإطار المتعامد الموجه لـ، المشار إليهبصفته المدير- حزمة من جميع الإطارات المتعامدة ذات التوجه الإيجابي.
لوهوإذا كان لدينا مشعب ريماني ذو أبعاد n ، فإن حزمة الإطار المتعامد لـ، المشار إليهأو، هي حزمة الإطار المتعامد المرتبطة بحزمة المماس لـ(وهو مزود بمقياس ريماني بحكم التعريف). إذاإذا كان قابلاً للتوجيه، فإنه يكون لدينا أيضًا حزمة الإطار المتعامد الموجه..
بالنظر إلى حزمة متجهات ريمانية، حزمة الإطار المتعامد هي عنصر أساسي- حزمة فرعية من حزمة الإطار الخطي العام. بعبارة أخرى، خريطة التضمين
خريطة الحزمة الرئيسية . يقول أحدهم أنهو اختزال لمجموعة البنية لـمنل.
هياكل G
إذا كان مشعبًا أملسًايأتي مع بنية إضافية، وغالبًا ما يكون من الطبيعي اعتبار حزمة فرعية من حزمة الإطار الكاملة لـوالتي تتكيف مع البنية المعطاة. على سبيل المثال، إذاهو متعدد شعب ريماني رأينا أعلاه أنه من الطبيعي اعتبار حزمة الإطار المتعامد لـإن حزمة الإطار المتعامد هي مجرد اختزال لمجموعة البنية الخاصة بـإلى المجموعة المتعامدة.
بشكل عام، إذاسلس-متعددة وهي مجموعة فرعية من مجموعة لينُعرّف بنية G علىأن يكون اختزالاً لمجموعة البنية لـل. بشكل صريح، هذا مبدأ-باقةزيادةبالإضافة إلىخريطة الحزمة المتغيرة
زيادة.
في هذه اللغة، مقياس ريماني علىيؤدي إلى- هيكل علىوفيما يلي بعض الأمثلة الأخرى.
- كل مشعب موجه يحتوي على حزمة إطار موجهة وهي مجرد- هيكل على.
- شكل مجلد حوليحدد- هيكل على.
- أللمتشعب التبسيطي ذي الأبعاد n خاصية طبيعية-بناء.
- أيتمتع متعدد الشعب المعقد أو شبه المعقد ذو الأبعاد بخاصية طبيعية-بناء.
في كثير من هذه الحالات، أ- هيكل علىيحدد بشكل فريد البنية المقابلة علىعلى سبيل المثال، أ- هيكل علىيحدد شكل الحجم علىومع ذلك، في بعض الحالات، كما هو الحال بالنسبة للمشعبات التبسيطية والمعقدة، يلزم شرط إضافي للتكامل .- هيكل علىيحدد بشكل فريد شكلًا ثنائيًا غير منحل علىلولالكي يكون هذا الشكل الثنائي متماثلاً، يجب أن يكون مغلقاً أيضاً .
مراجع
- كوباياشي، شوشيتشي ؛ نوميزو، كاتسومي (1996)، أسس الهندسة التفاضلية ، المجلد 1 ( طبعة جديدة)، وايلي إنترساينس ، ISBN 0-471-15733-3
- كولار، إيفان؛ ميخور، بيتر؛ سلوفاك، يان (1993)، المؤثرات الطبيعية في الهندسة التفاضلية (ملف PDF) ، سبرينغر-فيرلاغ، مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 30-03-2017 ، تم استرجاعه بتاريخ 02-08-2008
- ستيرنبرغ، س. (1983)، محاضرات في الهندسة التفاضلية (الطبعة الثانية )، نيويورك: دار نشر تشيلسي، رقم ISBN 0-8218-1385-4
- حزم الألياف
- حزم المتجهات
