Matemáticas · Glosario

¿Qué es subvariedad con borde?

Definición 21.21 Matemáticas universitarias — Grado 3 · Capítulo 21 — Formas diferenciales y teorema de Stokes

Una kk-subvariedad con borde MRnM \subseteq \R^n es un conjunto recubierto por parametrizaciones regulares de dos tipos: cartas interiores γ ⁣:VMW\gamma\colon V \to M \cap W con VRkV \subseteq \R^k abierto, y cartas de borde γ ⁣:VHkMW\gamma\colon V \cap H^k \to M \cap W, donde Hk={uRk:uk0}H^k = \{u \in \R^k : u_k \geq 0\} y γ\gamma se extiende de manera regular y con diferencial inyectiva al abierto VV. El borde M\partial M es el conjunto de los puntos alcanzados en uk=0u_k = 0; es una (k1)(k-1)-subvariedad sin borde, parametrizada por las aplicaciones uγ(u,0)u' \mapsto \gamma(u', 0). Una orientación de MM induce otra en M\partial M por la regla de la normal exterior en primer lugar: en pMp \in \partial M, una base (w1,,wk1)(w_1, \dots, w_{k-1}) de TpMT_p\partial M es positiva si y solo si (ν,w1,,wk1)(\nu, w_1, \dots, w_{k-1}) es una base positiva de TpMT_pM, donde νTpMTpM\nu \in T_pM \setminus T_p\partial M apunta hacia fuera de MM (en una carta de borde: ν=kγ\nu = -\partial_k\gamma, salvo la suma de componentes tangenciales — la clase de orientación no las ve).

La regla de la normal exterior en primer lugar: en cada punto del borde, póngase primero el vector exterior ; las bases que lo completan hasta un referencial positivo de M orientan M. Para un dominio plano con la orientación estándar, esta es la regla antihoraria de Green–Riemann.
La regla de la normal exterior en primer lugar: en cada punto del borde, póngase primero el vector exterior ν\nu; las bases que lo completan hasta un referencial positivo de MM orientan M\partial M. Para un dominio plano con la orientación estándar, esta es la regla antihoraria de Green–Riemann.

Ejemplos

Ejemplo 21.24 (Los teoremas clásicos)

Sea DR2D \subseteq \R^2 un dominio compacto con borde regular, orientado de la manera estándar. Para 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, y Stokes se lee

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 :

Green–Riemann, demostrado para dominios elementales en el volumen de segundo año y ahora en su generalidad natural. En R3\R^3, Stokes aplicado a la 22-forma de flujo de un campo de vectores en un dominio compacto da el teorema de la divergencia ΩdivF=ΩF,ν ⁣dS\int_\Omega\operatorname{div}F = \int_{\partial\Omega}\langle F, \nu\rangle\,\dd S, y aplicado a una 11-forma en una superficie con borde, el clásico teorema del rotacional de Kelvin–Stokes; el Ejercicio 21.7 detalla ambos diccionarios.

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