图册

在数学,特别是在拓扑学中,一个图册()描述了一个流形如何装备一个微分结构。每一小块由一个()给出(也称为坐标卡,,或局部坐标系,)。以圖冊來定義流形的概念由夏尔·埃雷斯曼於1943年所提出。


流形 \mathcal{M} 上的一个(或区图)是 \mathcal{M} 的一个开集 U 到 \mathbb{R}^n 中开集 V 的一个同胚映射\varphi: U\to V。

卡的定义与图册的定义密切相关。

定义
流形 \mathcal{M} 上的一个图册是一族 \mathcal{M} 上的卡 \mathcal{A} = \{(U_{\alpha}, \varphi_{\alpha})\},使得其定义域覆盖整个 \mathcal{M} 。

转移映射
如果 (U_{\alpha}, \varphi_{\alpha}) 与 (U_{\beta}, \varphi_{\beta}) 是 \mathcal{M} 的两个卡,使得 U_{\alpha} \cap U_{\beta} 非空,则定义了转移映射()

: \varphi_{\alpha,\beta} : \varphi_{\alpha}(U_{\alpha} \cap U_{\beta}) \to \varphi_{\beta}(U_{\alpha} \cap U_{\beta}),其中 \varphi_{\alpha,\beta} = \varphi_{\beta} \circ \varphi_{\alpha}^{-1}。

因为 \varphi_{\alpha} 与 \varphi_{\beta} 都是同胚,转移映射也是同胚。所以,转移映射已经赋予了某种相容性,使得从一个卡上的坐标系变到另一个卡上的坐标系是连续的。

两个有重叠的卡 (U_{\alpha}, \varphi_{\alpha}) 与 (U_{\beta}, \varphi_{\beta}) 是光滑协调的,如果他们之间的转移映射是从欧几里得空间到自身的光滑映射。

定义了这样概念以后,如果 \mathcal{M} 上的一个图册中任意两个有重叠的卡之间的转移映射是光滑协调的,则称这样的图册为光滑图册

设 \mathcal{A} 与 \mathcal{B} 是 \mathcal{M} 上的两个光滑图册。如果\mathcal{A} 中任意的一个卡与 \mathcal{B} 中所有重叠的卡都是光滑协调的,则称 \mathcal{A} 与 \mathcal{B} 是光滑协调的。如果这样,则 \mathcal{A} \cup \mathcal{B} 也是 \mathcal{M} 上的一个光滑图册。光滑图册的概念给出了一个等价关系,使得可以考虑光滑协调图册的等价类,称为极大图册。一个流形 \mathcal{M} 与一个 \mathcal{M} 上的极大图册 \mathcal{A} 可称为有一个光滑结构。在高维,拓扑流形可能具有不同的光滑结构。第一个例子是约翰·米尔诺发现的怪球面,一个同胚于,但不微分同胚于7维球面的流形。

一般地,用流形的极大图册做计算是不实用的,我们只需要选定一个特定的光滑图册。定义从一个流形到另一个流形的光滑映射时需要用到极大图册。

转移映射的可微性条件可以弱化,所以我们可以只要求转移函数为k-次连续可微;或者加强,所以我们要求转移映射为实解析的。相应地,这便给出了流形上的 C^k 或解析结构。类似地,我们可以定义复流形要求转移映射为全纯的。

参考文献
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外部链接
*[http://mathworld.wolfram.com/Atlas.html Atlas] by Rowland, Todd

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