الرياضيات · المسرد

ما معنى متنوعة جزئية بحافة؟

تعريف 21.21 الرياضيات الجامعية — السنة 3 · الفصل 21 — الصيغ التفاضلية ومبرهنة ستوكس

المتنوعة الجزئية ذات البُعد kk بحافة MRnM \subseteq \R^n هي مجموعة مغطّاة بوسطنات ناظمية من نوعين: الخرائط الداخلية γ ⁣:VMW\gamma\colon V \to M \cap W حيث VRkV \subseteq \R^k مفتوحة، وخرائط الحافة γ ⁣:VHkMW\gamma\colon V \cap H^k \to M \cap W، حيث Hk={uRk:uk0}H^k = \{u \in \R^k : u_k \geq 0\} ويمتدّ γ\gamma ناعمًا وناظميًّا إلى المفتوحة VV. والحافة M\partial M هي مجموعة النقاط المبلوغة عند uk=0u_k = 0؛ وهي متنوعة جزئية ذات بُعد (k1)(k-1) بلا حافة، موسطَنة بالتطبيقات uγ(u,0)u' \mapsto \gamma(u', 0). ويستحث توجيهُ MM توجيهًا على M\partial M بقاعدة الناظم الخارجي أولًا: فعند pMp \in \partial M، يكون أساسٌ (w1,,wk1)(w_1, \dots, w_{k-1}) للفضاء TpMT_p\partial M موجبًا إذا وفقط إذا كان (ν,w1,,wk1)(\nu, w_1, \dots, w_{k-1}) أساسًا موجبًا للفضاء TpMT_pM، حيث νTpMTpM\nu \in T_pM \setminus T_p\partial M يشير خارج MM (وفي خريطة حافة: ν=kγ\nu = -\partial_k\gamma، إلى غاية إضافة مركّبات مماسّية — فصنف التوجيه لا يراها).

قاعدة الناظم الخارجي أولًا: عند كل نقطة حافة، ضع المتجهة الخارجية  أولًا؛ فالأسس التي تكمّلها إلى إطار موجب للمتنوعة M توجّه M. ومن أجل مجال مستوٍ بالتوجيه المعياري، هذه هي قاعدة عكس عقارب الساعة في غرين–ريمان.
قاعدة الناظم الخارجي أولًا: عند كل نقطة حافة، ضع المتجهة الخارجية ν\nu أولًا؛ فالأسس التي تكمّلها إلى إطار موجب للمتنوعة MM توجّه M\partial M. ومن أجل مجال مستوٍ بالتوجيه المعياري، هذه هي قاعدة عكس عقارب الساعة في غرين–ريمان.

أمثلة

مثال 21.24 (المبرهنات الكلاسيكية)

لتكن DR2D \subseteq \R^2 مجالًا متراصًّا بحافة ناعمة، موجَّهًا معياريًّا. ومن أجل ω=P ⁣dx+Q ⁣dy\omega = P\,\dd x + Q\,\dd y:  ⁣dω=(xQyP) ⁣dx ⁣dy\dd\omega = \bigl(\partial_xQ - \partial_yP\bigr)\dd x\wedge\dd y، وتُقرأ ستوكس

D(QxPy) ⁣dx ⁣dy=DP ⁣dx+Q ⁣dy:\int_D\Bigl(\frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y}\Bigr)\dd x\,\dd y = \oint_{\partial D}P\,\dd x + Q\,\dd y :

أي غرين–ريمان، المبرهَن عليها من أجل المجالات الابتدائية في مجلد السنة الجامعية 2 والآن في عمومها الطبيعي. وفي R3\R^3، تعطي ستوكس مطبَّقةً على صيغة التدفق 22-الخطية لحقل متجهي على مجال متراص مبرهنة التباعد ΩdivF=ΩF,ν ⁣dS\int_\Omega\operatorname{div}F = \int_{\partial\Omega}\langle F, \nu\rangle\,\dd S، ومطبَّقةً على صيغة 11-الخطية على سطح بحافة، مبرهنةَ الدوّار الكلاسيكية لكلفن–ستوكس؛ ويفصّل التمرين 21.7 المعجمين معًا.

اقرأ في الفصل ←