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Mathématiques · 术语表

什么是 sous-variété à bord?

Définition 21.21 Mathématiques universitaires — Licence 3 · 第 21 章 — Formes différentielles et théorème de Stokes

Une kk-sous-variété à bord M⊆RnM \subseteq \R^n est un ensemble recouvert par des paramétrisations régulières de deux sortes : des cartes intérieures γ ⁣:V→M∩W\gamma\colon V \to M \cap W avec V⊆RkV \subseteq \R^k ouvert, et des cartes de bord γ ⁣:V∩Hk→M∩W\gamma\colon V \cap H^k \to M \cap W, où Hk={u∈Rk:uk≥0}H^k = \{u \in \R^k : u_k \geq 0\} et γ\gamma s’étend de façon lisse et régulière à l’ouvert VV. Le bord ∂M\partial M est l’ensemble des points atteints en uk=0u_k = 0 ; c’est une (k−1)(k-1)-sous-variété sans bord, paramétrée par les applications u′↦γ(u′,0)u' \mapsto \gamma(u', 0). Une orientation de MM en induit une sur ∂M\partial M par la règle de la normale sortante d’abord : en p∈∂Mp \in \partial M, une base (w1,…,wk−1)(w_1, \dots, w_{k-1}) de Tp∂MT_p\partial M est positive ssi (ν,w1,…,wk−1)(\nu, w_1, \dots, w_{k-1}) est une base positive de TpMT_pM, où ν∈TpM∖Tp∂M\nu \in T_pM \setminus T_p\partial M pointe hors de MM (dans une carte de bord : ν=−∂kγ\nu = -\partial_k\gamma, à des composantes tangentielles près — la classe d’orientation ne les voit pas).

La règle de la normale sortante d’abord : en chaque point du bord, placer le vecteur sortant  en premier ; les bases qui le complètent en un repère positif de M orientent M. Pour un domaine plan muni de l’orientation standard, c’est la règle du sens trigonométrique de Green–Riemann.
La règle de la normale sortante d’abord : en chaque point du bord, placer le vecteur sortant ν\nu en premier ; les bases qui le complètent en un repère positif de MM orientent ∂M\partial M. Pour un domaine plan muni de l’orientation standard, c’est la règle du sens trigonométrique de Green–Riemann.

示例

Exemple 21.24 (Les théorèmes classiques)

Soit D⊆R2D \subseteq \R^2 un domaine compact à bord lisse, orienté standardement. Pour ω=P  ⁣dx+Q  ⁣dy\omega = P\,\dd x + Q\,\dd y :  ⁣dω=(∂xQ−∂yP) ⁣dx∧ ⁣dy\dd\omega = \bigl(\partial_xQ - \partial_yP\bigr)\dd x\wedge\dd y, et Stokes se lit

∫D(∂Q∂x−∂P∂y) ⁣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, prouvé pour des domaines élémentaires dans le volume de deuxième année et maintenant en généralité naturelle. Dans R3\R^3, Stokes appliqué à la 22-forme de flux d’un champ de vecteurs sur un domaine compact donne le théorème de la divergence ∫Ωdiv⁡F=∫∂Ω⟨F,ν⟩  ⁣dS\int_\Omega\operatorname{div}F = \int_{\partial\Omega}\langle F, \nu\rangle\,\dd S, et appliqué à une 11-forme sur une surface à bord, le théorème de Kelvin–Stokes classique sur le rotationnel ; l’Exercice 21.7 explicite les deux dictionnaires.

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