Kurs:Differentialgeometrie (Osnabrück 2023)/Definitionsabfrage
Es sei offen, eine stetig differenzierbare Funktion und die Faser zu , wobei in jedem Punkt von regulär sei. Es sei
eine (als Abbildung nach ) zweimal stetig differenzierbare Kurve. Dann nennt man die Abbildung
wobei die orthogonale Projektion
bezeichnet, die zweite tangentiale Ableitung (oder die tangentiale Beschleunigung) von .
Es sei offen, eine stetig differenzierbare Funktion und die Faser zu , wobei in jedem Punkt von regulär sei. Eine (als Abbildung nach ) zweimal stetig differenzierbare Kurve
heißt Geodätische (oder geodätische Kurve auf ), wenn ihre tangentiale Beschleunigung überall gleich ist.
Der Durchschnitt einer Kugeloberfläche mit einer durch den Kugelmittelpunkt verlaufenden Ebene heißt ein Großkreis auf .
Es sei offen, eine stetig differenzierbare Funktion und die Faser zu , wobei in jedem Punkt von regulär sei. Ein auf einer offenen Umgebung definiertes stetiges Vektorfeld mit
für alle heißt Normalenfeld auf .
Es sei offen, eine stetig differenzierbare Funktion und die Faser zu , wobei in jedem Punkt von regulär sei. Dann nennt man die Fixierung eines Einheitsnormalenfeldes auf eine Orientierung von .
Es sei offen, eine stetig differenzierbare Funktion und die Faser zu , wobei in jedem Punkt von regulär sei. Es sei eine Orientierung auf fixiert. Dann heißt die Abbildung
die jeden Punkt auf seinen durch die Orientierung fixierten Einheitsnormalenvektor abbildet, die Gauß-Abbildung zu .
Eine differenzierbare Kurve
heißt bogenparametrisiert, wenn für alle gilt.
Es sei
eine zweifach stetig differenzierbare bogenparametrisierte Kurve und , wobei die zweite Ableitung nicht sei. Dann nennt man den Kreis mit dem Radius
und dem Mittelpunkt
den Krümmungskreis zu in .
Es sei
eine zweifach stetig differenzierbare bogenparametrisierte Kurve und . Dann nennt man
die Krümmung der Kurve in .
Es sei eine zweifach stetig differenzierbare Kurve mit für alle . Dann nennt man die Abbildung
die auf den Mittelpunkt des Krümmungskreises zu in abbildet, die Evolute zu .
Es sei offen, eine zweifach stetig differenzierbare Funktion und die Faser zu , wobei in jedem Punkt von regulär sei. Es sei ein Einheitsnormalenfeld und sei . Dann nennt man
die Weingartenabbildung in .
Es sei offen, eine stetig differenzierbare Funktion und die Faser zu , wobei in jedem Punkt von regulär sei. Es sei . Dann nennt man jeden Eigenwert der Weingartenabbildung
eine Hauptkrümmung von in .
Es sei offen, eine stetig differenzierbare Funktion und die Faser zu , wobei in jedem Punkt von regulär sei. Es sei . Dann nennt man jeden Eigenvektor der Weingartenabbildung
eine Hauptkrümmungsrichtung von in .
Es sei offen, eine zweifach stetig differenzierbare Funktion und die Faser zu , wobei in jedem Punkt von regulär sei und sei . Dann nennt man das arithmetische Mittel der beiden Hauptkrümmungen in die mittlere Krümmung der Fläche in .
Es sei offen, eine zweifach stetig differenzierbare Funktion und die Faser zu , wobei in jedem Punkt von regulär sei und sei . Dann nennt man das Produkt der beiden Hauptkrümmungen in die Gaußkrümmung der Fläche in .
Es sei offen, eine zweimal stetig differenzierbare Funktion und die Faser zu , wobei in jedem Punkt von regulär sei. Es sei . Zu einem normierten Tangentialvektor nennt man die Normalkrümmung von in in Richtung . Sie wird mit bezeichnet.
Es sei offen, eine zweimal stetig differenzierbare Funktion und die Faser zu , wobei in jedem Punkt von regulär sei. Es sei . Es sei ein von verschiedener Tangentenvektor und sei ein von verschiedener Normalenvektor. Dann nennt man die Ebene eine Normalenebene zu durch .
Ein topologischer Hausdorff-Raum heißt eine topologische Mannigfaltigkeit der Dimension , wenn es eine offene Überdeckung derart gibt, dass jedes homöomorph zu einer offenen Teilmenge des ist.
Es sei eine topologische Mannigfaltigkeit. Dann nennt man jede Homöomorphie
wobei und offen sind, eine (topologische) Karte für .
Es sei eine topologische Mannigfaltigkeit, es seien offene Teilmengen und und seien Karten (mit offen). Dann heißt die Abbildung
Es seien und . Ein topologischer Hausdorff-Raum zusammen mit einer offenen Überdeckung und Karten
mit offen derart, dass die Übergangsabbildungen
- Diffeomorphismen für alle sind, heißt -Mannigfaltigkeit oder differenzierbare Mannigfaltigkeit (der Dimension vom Differenzierbarkeitsgrad ). Die Menge der Karten , , nennt man auch den -Atlas der Mannigfaltigkeit.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit. Eine offene Teilmenge , die mit den eingeschränkten Karten versehen ist, heißt offene Untermannigfaltigkeit.
Ein topologischer Raum heißt zusammenhängend, wenn es in genau zwei Teilmengen gibt (nämlich und der Gesamtraum ), die sowohl offen als auch abgeschlossen sind.
Es seien und zwei -Mannigfaltigkeiten mit Atlanten und . Es sei . Eine stetige Abbildung
heißt eine -differenzierbare Abbildung, wenn für alle und alle die Abbildungen
-differenzierbar sind.
Es seien und zwei - Mannigfaltigkeiten. Ein Homöomorphismus
heißt ein -Diffeomorphismus, wenn sowohl als auch - Abbildungen sind.
Zwei - Mannigfaltigkeiten und heißen -diffeomorph, wenn es zwischen ihnen einen - Diffeomorphismus gibt.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit und ein Punkt. Es seien
und
zwei auf offenen Intervallen definierte differenzierbare Kurven mit . Dann heißen und tangential äquivalent in , wenn es eine offene Umgebung und eine Karte
mit derart gibt, dass
gilt.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit und ein Punkt. Unter einem Tangentialvektor an versteht man eine Äquivalenzklasse von tangential äquivalenten differenzierbaren Kurven durch . Die Menge dieser Tangentialvektoren wird mit
bezeichnet.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit und ein Punkt. Unter dem Tangentialraum an , geschrieben , versteht man die Menge der Tangentialvektoren an versehen mit der durch eine beliebige Karte gegebenen reellen Vektorraumstruktur.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit und ein Punkt. Den Dualraum des Tangentialraumes
an nennt man den Kotangentialraum an . Er wird mit
Es seien und differenzierbare Mannigfaltigkeiten und es sei
eine differenzierbare Abbildung. Es sei und . Dann nennt man die Abbildung
die zugehörige Tangentialabbildung im Punkt . Sie wird mit bezeichnet.
Es seien und differenzierbare Mannigfaltigkeiten und
eine differenzierbare Abbildung. Es sei und . Dann nennt man die zur Tangentialabbildung
duale Abbildung
die Kotangentialabbildung im Punkt . Sie wird mit bezeichnet.
Es seien und differenzierbare Mannigfaltigkeiten und sei
eine differenzierbare Abbildung. Dann heißt im Punkt regulär (und ein regulärer Punkt für ), wenn die Tangentialabbildung
im Punkt maximalen Rang besitzt.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit der Dimension und eine abgeschlossene Teilmenge. Dann heißt eine abgeschlossene Untermannigfaltigkeit der Dimension von , wenn es zu jedem Punkt eine Karte
gibt mit offen, offen und mit
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit. Dann nennt man die Menge
versehen mit der Projektionsabbildung
das Tangentialbündel von .
Es seien und differenzierbare Mannigfaltigkeiten und
eine differenzierbare Abbildung. Es seien und die zugehörigen Tangentialbündel. Dann versteht man unter der Tangentialabbildung
die disjunkte Vereinigung der Tangentialabbildungen in den einzelnen Punkten, also
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit der Dimension und
das Tangentialbündel, versehen mit der Projektionsabbildung
Das Tangentialbündel wird mit derjenigen Topologie versehen, bei der eine Teilmenge genau dann offen ist, wenn für jede Karte
die Menge offen in ist.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit. Eine Abbildung
mit der Eigenschaft, dass für jeden Punkt ist, heißt (zeitunabhängiges) Vektorfeld.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit. Dann nennt man die Menge
versehen mit der Projektionsabbildung
und derjenigen Topologie, bei der eine Teilmenge genau dann offen ist, wenn für jede Karte
die Menge offen in ist, das Kotangentialbündel von .
Es seien und zwei differenzierbare Mannigfaltigkeiten mit den Atlanten und . Dann nennt man den Produktraum mit den Karten
(mit und ) das Produkt der Mannigfaltigkeiten und .
Es sei ein Körper und ein - Vektorraum. Man nennt den (in Konstruktion Anhang 2.1 konstruierten) -Vektorraum die -te äußere Potenz (oder das -te Dachprodukt) von . Die Abbildung
nennt man die universelle alternierende Abbildung.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit. Eine Abbildung
heißt Differentialoperator erster Ordnung, wenn sie folgende Eigenschaften erfüllt.
- ist - linear.
- Es ist .
{{ inputdefinitionsklappe Mannigfaltigkeit/Vektorfelder/Lie-Klammer/Definition|| }}
Es sei ein endlichdimensionaler reeller Vektorraum. Man nennt zwei Basen und orientierungsgleich, wenn die Determinante ihrer Übergangsmatrix positiv ist.
Es sei ein endlichdimensionaler reeller Vektorraum. Eine Orientierung auf ist eine Äquivalenzklasse von Basen von unter der Äquivalenzrelation, orientierungsgleich zu sein.
Es sei ein endlichdimensionaler reeller Vektorraum. Er heißt orientiert, wenn auf ihm eine Orientierung erklärt ist.
Es seien und zwei endlichdimensionale orientierte reelle Vektorräume. Eine bijektive lineare Abbildung
heißt orientierungstreu, wenn für jede Basis , die die Orientierung auf repräsentiert, die Bildvektoren die Orientierung auf repräsentieren.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit. Eine Karte
mit und offen heißt orientiert, wenn der orientiert ist.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit und es seien und orientierte Karten. Dann heißt der zugehörige Kartenwechsel
orientierungstreu, wenn für jeden Punkt das totale Differential
orientierungstreu ist.
Eine differenzierbare Mannigfaltigkeit mit einem Atlas heißt orientiert, wenn jede Karte orientiert ist und wenn sämtliche Kartenwechsel orientierungstreu sind.
Ein topologischer Raum heißt kompakt (oder überdeckungskompakt), wenn es zu jeder offenen Überdeckung
eine endliche Teilmenge derart gibt, dass
ist.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit. Eine -Differentialform (oder -Form oder Form vom Grad ) ist ein Schnitt im -fachen Dachprodukt des Kotangentialbündels, also eine Abbildung
mit .
Es seien und differenzierbare Mannigfaltigkeiten und es sei
eine differenzierbare Abbildung. Es sei eine -Differentialform auf . Dann nennt man die -Form auf , die der durch
gegebenen alternierenden Abbildung entspricht, die mit zurückgezogene -Form. Sie wird mit
bezeichnet.
Es sei eine - dimensionale differenzierbare Mannigfaltigkeit und eine messbare - Differentialform auf . Dann heißt eine positive Volumenform, wenn für jede Karte (eines gegebenen Atlases)
(mit und Koordinatenfunktionen ) in der lokalen Darstellung der Differentialform
die Funktion überall positiv ist.
Es sei eine - dimensionale differenzierbare Mannigfaltigkeit mit einer abzählbaren Basis der Topologie und es sei eine positive Volumenform auf . Dann heißt die für jede Borelmenge durch eine abzählbare Zerlegung (wobei ein offenes Kartengebiet und ist) definierte Zahl
(aus ) das Maß von zu oder das Integral von über .
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit und eine - Differentialform. Es sei
eine stetig differenzierbare Kurve. Dann heißt
das Wegintegral von längs .
Eine differenzierbare Mannigfaltigkeit heißt riemannsche Mannigfaltigkeit, wenn auf jedem Tangentialraum , , ein Skalarprodukt erklärt ist derart, dass für jede Karte
mit die Funktionen (für )
- differenzierbar sind.
Es sei eine orientierte riemannsche Mannigfaltigkeit der Dimension . Zu sei diejenige alternierende Form auf (bzw. das entsprechende Element aus ), die jeder die Orientierung repräsentierenden Orthonormalbasis den Wert zuordnet. Dann heißt die - Differentialform
die kanonische Volumenform auf .
Es seien und riemannsche Mannigfaltigkeiten. Eine differenzierbare Abbildung heißt lokale Isometrie, wenn für jeden Punkt die Tangentialabbildung
eine Isometrie bezüglich der gegebenen Skalarprodukte ist.
Es seien und riemannsche Mannigfaltigkeiten. Eine differenzierbare Abbildung heißt Isometrie, wenn sie ein Diffeomorphismus ist und wenn sie lokal eine Isometrie ist.
Es sei offen, eine zweifach stetig differenzierbare Funktion und die Faser zu , wobei in jedem Punkt von regulär sei. Es sei
, eine zweifach differenzierbare Parametrisierung einer offenen Menge mit den Parametern . Es sei durch ein Einheitsnormalenfeld orientiert, wobei wir als Feld auf auffassen. Dann setzt man
Die zweite Fundamentalmatrix zu ist die (von ) abhängige Matrix
Es sei offen und es sei eine stetig differenzierbare - Differentialform mit der Darstellung
mit stetig differenzierbaren Funktionen
Dann nennt man die -Form
die äußere Ableitung von .
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit. Dann definiert man zu einer differenzierbaren Differentialform die äußere Ableitung unter Bezugnahme auf den lokalen Fall und Karten
( und offen) durch
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit. Eine differenzierbare Differentialform auf heißt geschlossen, wenn ihre äußere Ableitung ist.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit. Eine - Differentialform auf heißt exakt, wenn es eine differenzierbare -Differentialform auf mit gibt.
Unter dem euklidischen Halbraum der Dimension versteht man die Menge
mit der induzierten Topologie.
Es sei eine offene Teilmenge in einem euklidischen Halbraum , sei ein Punkt und es sei
eine Abbildung. Dann heißt stetig differenzierbar in , wenn es eine offene Umgebung und eine stetig differenzierbare Funktion
mit gibt.
Es seien und . Ein topologischer Hausdorff-Raum zusammen mit einer offenen Überdeckung und Karten
wobei die offene Mengen im euklidischen Halbraum der Dimension sind, und mit der Eigenschaft, dass die Übergangsabbildungen
-Diffeomorphismen sind, heißt -Mannigfaltigkeit mit Rand oder differenzierbare Mannigfaltigkeit mit Rand (vom Grad ), oder berandete Mannigfaltigkeit. Die Menge der Karten , , nennt man auch den -Atlas der berandeten Mannigfaltigkeit.
Es sei eine Mannigfaltigkeit mit Rand. Dann ist der Rand von , geschrieben , durch
definiert, wobei Karten sind.
Es sei ein topologischer Raum und eine Teilmenge. Dann heißt
das offene Innere (oder Innere) von .
Es sei ein topologischer Raum und eine Teilmenge. Dann heißt
der Abschluss (oder topologische Abschluss) von .
Es sei ein topologischer Raum und
eine Funktion. Dann heißt der topologische Abschluss
der Träger von .
Es sei ein topologischer Raum. Eine kompakte Ausschöpfung , , von ist eine Folge von kompakten Teilmengen mit
Es sei eine offene Überdeckung eines topologischen Raumes . Eine Partition der Eins
mit heißt eine der Überdeckung untergeordnete Partition der Eins, wenn es für jedes eine offene Menge aus der Überdeckung derart gibt, dass der Träger von in liegt.
Es sei ein differenzierbares Vektorbündel auf einer differenzierbaren Mannigfaltigkeit . Das Kernbündel des surjektiven Bündelhomomorphismus
über heißt Vertikalbündel. Es wird mit bezeichnet.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit und ein differenzierbares Vektorbündel auf . Unter einem Zusammenhang auf versteht man eine direkte Summenzerlegung des Tangentialbündels in zwei Untervektorbündel und , wobei das Vertikalbündel ist. Das Unterbündel nennt man das Horizontalbündel des Zusammenhangs.
Es sei eine differenzierbare Mannigfaltigkeit und ein differenzierbares Vektorbündel auf , das mit einem Zusammenhang versehen sei. Unter der vertikalen Ableitung versteht man die Abbildung