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。
最近正在读李文威教授的《代数学方法(第一卷)》,可能会少更点。后面我们考虑写一些《代数学方法》的习题解答。
为避免细节差异,我们先“追忆”一下 -维子流形 和 反函数定理 在于品讲义中的陈述。
(-维子流形)假设是非空子集,这个中的坐标用表示。如果存在整数,使得对任意的,存在开集,以及(可能是另外一个)中的开集(这个中的坐标用表示)以及微分同胚
使得
其中我们把 写成,上述的表达式要求后面的个坐标都取,我们就称是的一个-维的(微分)子流形。其中,称作是的维数,记作。
(反函数定理)是开集,是的。如果对于点,在此点的微分是可逆的,那么在的局部上是的微分同胚,即存在开集,和开集,使得在上的限制给出的双射并且与均为的。
B. 从局部微分同胚到整体微分同胚
是实值函数,我们假设对任意的 ,都有 。我们定义 :
考虑利用和 一样的方法,用局部的性质来合并出全局的性质。由 均为 的,我们有 是 的。
对 ,由 ,其行列式为 ,从而 可逆。
故 在每个的附近都是的微分同胚,从而存在开集使得和开集,使得在上的限制给出的是双射并且与均为的。从而由,我们有。由开及开集的任意并仍开,我们有 开。得证!
我们还需要证明,是单射。(根据 的定义,自然地有 是满射)
若 ,我们有且。套路地,设,那么。从而我们只需证明映射是单射。由均为的,我们有是的。
直接求导,我们有 。由的连续性,我们有在上(严格)单调,从而是单射。这可推出,从而,故,这也即 是单射。得证。
从而由 是单射及其为满射,我们有为双射,故其在全局上的反函数存在。由其在每个局部的反函数都是的,我们有是的。总之,根据和都是的,我们得到为微分同胚。得证!
是开集,,是 的函数,。我们定义函数
- 证明,存在 点处的一个开邻域 以及 上的 函数 ,使得
- 假设 ,。证明下面极限的存在性并计算它(这个极限的几何意义是什么?):
- 证明,存在 点处的一个开邻域 以及 上的 函数 ,使得
构造 。计算得 ,其行列式为 ,故 可逆。
容易知道 是的。根据反函数定理,在附近是微分同胚。现在对,设其邻域上的逆映射的第二维为,那么容易验证在的邻域上,方程等价于。得证。
我是培淇,我们下期再见!