这里的解答并不是标准的书面解答,对于一些题目我们会相较书面解答加上一些自己的思考。为了尽量让过程完整不跳步且易懂,这些题目的解答可能会写得略长。
由于一些与解答该系列题目无关的事情
我们明天才能完成习题 T 的完整解答。今天我们先稍微写两道题,顺便给大家展示一下习题 T 的剩下部分。
思考题:切空间的抽象/几何定义(这是理解微分和切空间的重要习题)
习题 T
给定开集 和 。我们令 是所有通过 的 的曲线的集合。按照定义,我们有
我们在 定义如下的等价关系,其中 :
我们考虑 在上述等价关系下的等价类 :
其中,如果 ,那么在等价类的集合 中,。换句话说,我们把在 点处的切向量相同的曲线认为是同一条曲线,这就是为什么我们把这个空间称作是切空间。
证明,映射
是良好定义的并且是双射。
请将 定义为一个 -线性空间 使得上述映射为线性空间的同构。
我们把具有线性空间结构的 (它本来仅是曲线的等价类的集合)记作 。
对于 和 ,我们定义:
由 ,这个定义是良好定义的。容易验证 作为线性空间的八条公理成立。
直接对上式左右两边同时作用 ,这会得到:
这也就说明 为线性同构。
令 , 是 的映射,。证明,映射
是良好定义的。
换句话说,通过和 复合,我们可以把 上通过 点的曲线映射称为 上通过 点的曲线。
对任意 ,由 和 都是 的,它们的复合 也是 的。而且 ,这也就说明 是良好定义的。得证!
下面是我们下期即将完成的题目:
证明,映射
是良好定义线性映射。
这个映射被称作是 切映射。
在 上考虑曲线
证明,,其中,我们在 上用 作为坐标系。
在 上考虑曲线
试用 的偏导数和 来表达 。
证明,我们有如下的交换图表:

即对任意的 ,我们有
在这个意义, 与 是一样的。
给定 ,如果它们都不是 ,我们可以计算它们的角度:
我们要求角度是在 中的值。考虑反演变换:
证明, 是 的并且对任意的 ,
保持角度。
我是培淇,我们下期再见!