微分幾何
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/11/29 01:56 UTC 版)
外積代数の微分幾何における特筆すべき応用は、微分形式の定義に用いられることである。可微分多様体上の点における微分形式は、その点の接空間における重線型交代形式であり、k-次微分形式は接空間の k-次外冪からの線型汎函数である。結論として、重線型形式の楔積は自然に微分形式の楔積を定める。微分形式は微分幾何のさまざまな部分で大きな役割を担う。 特に、外微分は多様体上の微分形式に外積代数に微分環の構造を与える。外微分は多様体間の滑らかな写像に沿っての引き戻しと可換であり、それゆえに自然な微分作用素である。外微分を備えた微分形式の外積代数は、そのコホモロジーが台となる多様体のド・ラームコホモロジーと呼ばれる微分複体を成し、可微分多様体の代数的位相幾何学の根幹を成している。
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微分幾何
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/07/17 21:27 UTC 版)
クラメルの法則は微分幾何学における問題を解くのにもきわめて有効である。二つの方程式 F(x, y, u, v) = 0 および G(x, y, u, v) = 0 を考える。u と v とが独立変数のとき、x = X(u, v) と y = Y(u, v) が陰伏的に定まる。 .mw-parser-output .frac{white-space:nowrap}.mw-parser-output .frac .num,.mw-parser-output .frac .den{font-size:80%;line-height:0;vertical-align:super}.mw-parser-output .frac .den{vertical-align:sub}.mw-parser-output .sr-only{border:0;clip:rect(0,0,0,0);height:1px;margin:-1px;overflow:hidden;padding:0;position:absolute;width:1px}∂x⁄∂u に対する方程式を求めることは、クラメルの法則の自明な応用である。 まず F, G, x, y それぞれの一階微分を計算する： d F = ∂ F ∂ x d x + ∂ F ∂ y d y + ∂ F ∂ u d u + ∂ F ∂ v d v = 0 , d G = ∂ G ∂ x d x + ∂ G ∂ y d y + ∂ G ∂ u d u + ∂ G ∂ v d v = 0 , d x = ∂ X ∂ u d u + ∂ X ∂ v d v , d y = ∂ Y ∂ u d u + ∂ Y ∂ v d v . {\displaystyle {\begin{aligned}dF&={\frac {\partial F}{\partial x}}dx+{\frac {\partial F}{\partial y}}dy+{\frac {\partial F}{\partial u}}du+{\frac {\partial F}{\partial v}}dv=0,\\dG&={\frac {\partial G}{\partial x}}dx+{\frac {\partial G}{\partial y}}dy+{\frac {\partial G}{\partial u}}du+{\frac {\partial G}{\partial v}}dv=0,\\dx&={\frac {\partial X}{\partial u}}du+{\frac {\partial X}{\partial v}}dv,\\dy&={\frac {\partial Y}{\partial u}}du+{\frac {\partial Y}{\partial v}}dv.\end{aligned}}} dx, dy を dF, dG に代入して d F = ( ∂ F ∂ x ∂ x ∂ u + ∂ F ∂ y ∂ y ∂ u + ∂ F ∂ u ) d u + ( ∂ F ∂ x ∂ x ∂ v + ∂ F ∂ y ∂ y ∂ v + ∂ F ∂ v ) d v = 0 , d G = ( ∂ G ∂ x ∂ x ∂ u + ∂ G ∂ y ∂ y ∂ u + ∂ G ∂ u ) d u + ( ∂ G ∂ x ∂ x ∂ v + ∂ G ∂ y ∂ y ∂ v + ∂ G ∂ v ) d v = 0 {\displaystyle {\begin{aligned}dF&=\left({\frac {\partial F}{\partial x}}{\frac {\partial x}{\partial u}}+{\frac {\partial F}{\partial y}}{\frac {\partial y}{\partial u}}+{\frac {\partial F}{\partial u}}\right)du+\left({\frac {\partial F}{\partial x}}{\frac {\partial x}{\partial v}}+{\frac {\partial F}{\partial y}}{\frac {\partial y}{\partial v}}+{\frac {\partial F}{\partial v}}\right)dv=0,\\[5pt]dG&=\left({\frac {\partial G}{\partial x}}{\frac {\partial x}{\partial u}}+{\frac {\partial G}{\partial y}}{\frac {\partial y}{\partial u}}+{\frac {\partial G}{\partial u}}\right)du+\left({\frac {\partial G}{\partial x}}{\frac {\partial x}{\partial v}}+{\frac {\partial G}{\partial y}}{\frac {\partial y}{\partial v}}+{\frac {\partial G}{\partial v}}\right)dv=0\end{aligned}}} を得る。u, v は独立変数だから du, dv の係数は 0 でなければならない。故に係数に関する方程式を立てれば、 { ∂ F ∂ x ∂ x ∂ u + ∂ F ∂ y ∂ y ∂ u = − ∂ F ∂ u ∂ G ∂ x ∂ x ∂ u + ∂ G ∂ y ∂ y ∂ u = − ∂ G ∂ u ∂ F ∂ x ∂ x ∂ v + ∂ F ∂ y ∂ y ∂ v = − ∂ F ∂ v ∂ G ∂ x ∂ x ∂ v + ∂ G ∂ y ∂ y ∂ v = − ∂ G ∂ v {\displaystyle {\begin{cases}{\dfrac {\partial F}{\partial x}}{\dfrac {\partial x}{\partial u}}+{\dfrac {\partial F}{\partial y}}{\dfrac {\partial y}{\partial u}}=-{\dfrac {\partial F}{\partial u}}\\[10pt]{\dfrac {\partial G}{\partial x}}{\dfrac {\partial x}{\partial u}}+{\dfrac {\partial G}{\partial y}}{\dfrac {\partial y}{\partial u}}=-{\dfrac {\partial G}{\partial u}}\\[10pt]{\dfrac {\partial F}{\partial x}}{\dfrac {\partial x}{\partial v}}+{\dfrac {\partial F}{\partial y}}{\dfrac {\partial y}{\partial v}}=-{\dfrac {\partial F}{\partial v}}\\[10pt]{\dfrac {\partial G}{\partial x}}{\dfrac {\partial x}{\partial v}}+{\dfrac {\partial G}{\partial y}}{\dfrac {\partial y}{\partial v}}=-{\dfrac {\partial G}{\partial v}}\end{cases}}} を得る。ここでクラメルの法則を使えば、 ∂ x ∂ u = | − ∂ F ∂ u ∂ F ∂ y − ∂ G ∂ u ∂ G ∂ y | | ∂ F ∂ x ∂ F ∂ y ∂ G ∂ x ∂ G ∂ y | {\displaystyle {\frac {\partial x}{\partial u}}={\frac {\begin{vmatrix}-{\frac {\partial F}{\partial u}}&{\frac {\partial F}{\partial y}}\\-{\frac {\partial G}{\partial u}}&{\frac {\partial G}{\partial y}}\end{vmatrix}}{\begin{vmatrix}{\frac {\partial F}{\partial x}}&{\frac {\partial F}{\partial y}}\\{\frac {\partial G}{\partial x}}&{\frac {\partial G}{\partial y}}\end{vmatrix}}}} が得られる。これは二つの函数行列式 ∂ x ∂ u = − ( ∂ ( F , G ) ∂ ( u , y ) ) ( ∂ ( F , G ) ∂ ( x , y ) ) {\displaystyle {\frac {\partial x}{\partial u}}=-{\frac {\left({\frac {\partial (F,G)}{\partial (u,y)}}\right)}{\left({\frac {\partial (F,G)}{\partial (x,y)}}\right)}}} を使って書き表される公式である。同様の公式が ∂x⁄∂v, ∂y⁄∂u, ∂y⁄∂v からもそれぞれ導かれる。
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