Alle boeken

Professioneel

Apps Over Coach Inloggen Begin met lezen

Wiskunde · Begrippenlijst

Wat is deelvariëteit met rand?

Definitie 21.21 Universitaire wiskunde — Bachelor jaar 3 · Hoofdstuk 21 — Differentiaalvormen en de stelling van Stokes

Een kk-deelvariëteit met rand M⊆RnM \subseteq \R^n is een verzameling die door reguliere parametriseringen van twee soorten wordt overdekt: inwendige kaarten γ ⁣:V→M∩W\gamma\colon V \to M \cap W met V⊆RkV \subseteq \R^k open, en randkaarten γ ⁣:V∩Hk→M∩W\gamma\colon V \cap H^k \to M \cap W, waarbij Hk={u∈Rk:uk≥0}H^k = \{u \in \R^k : u_k \geq 0\} en γ\gamma zich glad en regulier uitbreidt tot de open VV. De rand ∂M\partial M is de verzameling punten die bij uk=0u_k = 0 worden bereikt; ze is een (k−1)(k-1)-deelvariëteit zonder rand, geparametriseerd door de afbeeldingen u′↦γ(u′,0)u' \mapsto \gamma(u', 0). Een oriëntatie van MM induceert er een op ∂M\partial M met de regel buitenwaartse normaal eerst: in p∈∂Mp \in \partial M is een basis (w1,…,wk−1)(w_1, \dots, w_{k-1}) van Tp∂MT_p\partial M positief dan en slechts dan als (ν,w1,…,wk−1)(\nu, w_1, \dots, w_{k-1}) een positieve basis van TpMT_pM is, waarbij ν∈TpM∖Tp∂M\nu \in T_pM \setminus T_p\partial M uit MM naar buiten wijst (in een randkaart: ν=−∂kγ\nu = -\partial_k\gamma, op het optellen van tangentiële componenten na — de oriëntatieklasse ziet die niet).

De regel “buitenwaartse normaal eerst”: zet in elk randpunt de naar buiten wijzende vector  vooraan; de bases die haar tot een positief frame van M aanvullen, oriënteren M. Voor een vlak gebied met de standaardoriëntatie is dat de regel tegen de wijzers van de klok in van Green–Riemann.
De regel “buitenwaartse normaal eerst”: zet in elk randpunt de naar buiten wijzende vector ν\nu vooraan; de bases die haar tot een positief frame van MM aanvullen, oriënteren ∂M\partial M. Voor een vlak gebied met de standaardoriëntatie is dat de regel tegen de wijzers van de klok in van Green–Riemann.

Voorbeelden

Voorbeeld 21.24 (De klassieke stellingen)

Zij D⊆R2D \subseteq \R^2 een compact gebied met gladde rand, met de standaardoriëntatie. Voor ω=P  ⁣dx+Q  ⁣dy\omega = P\,\dd x + Q\,\dd y is  ⁣dω=(∂xQ−∂yP) ⁣dx∧ ⁣dy\dd\omega = \bigl(\partial_xQ - \partial_yP\bigr)\dd x\wedge\dd y, en luidt Stokes

∫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, bewezen voor elementaire gebieden in het volume van bachelorjaar 2 en nu in natuurlijke algemeenheid. In R3\R^3 geeft Stokes toegepast op de fluxvorm van een vectorveld op een compact gebied de divergentiestelling ∫Ωdiv⁡F=∫∂Ω⟨F,ν⟩  ⁣dS\int_\Omega\operatorname{div}F = \int_{\partial\Omega}\langle F, \nu\rangle\,\dd S, en toegepast op een 11-vorm op een oppervlak met rand de klassieke rotatiestelling van Kelvin–Stokes; Oefening 21.7 schrijft beide woordenboeken uit.

Lees in het hoofdstuk →