指数映射 (李群)

✍ dations ◷ 2025-07-08 16:11:16 #李群,黎曼几何,指数

在微分几何中,指数映射是微积分中定义的指数函数在任意黎曼流形上的推广。李群上的指数映射是一类重要的情形。

M {\displaystyle M} 为微分流形, : T M T M T M {\displaystyle \nabla :TM\to T^{*}M\otimes TM} 为其上的仿射联络。给定任一点 p M {\displaystyle p\in M} 。根据常微分方程的基本理论,存在切空间 T p M {\displaystyle T_{p}M} 中的开子集 U p {\displaystyle U\ni p} 及光滑映射 γ : U × M {\displaystyle \gamma :U\times \to M} ,使得:

对够小的 U {\displaystyle U} ,映射 γ {\displaystyle \gamma } 是唯一的。定义点 p {\displaystyle p} 的指数映射为

由于常微分方程解的存在性只是局部性的,指数映射一般不能定义在整个 T p M {\displaystyle T_{p}M} 上,在黎曼流形的情形,霍普夫-里诺定理给出了充要条件。此外,指数映射通常也不是满映射,而是 p {\displaystyle p} 的一个邻域。黎曼流形上由指数映射给出的坐标系称作测地法坐标。

从几何上看,指数映射exp(p,v)是把切丛中的一个切向量v,映射到以(p,v)为初始条件的测地线从点p量起弧长等于|v|的点。

G {\displaystyle G} 为李群,取定左、右不变之仿射联络,可得在整个李代数上定义的指数映射 exp : g g {\displaystyle \exp :{\mathfrak {g}}\to g} 。这是联系李代数与李群的主要工具。李群的指数映射满足下述性质:

G = ( R × , ) {\displaystyle G=(\mathbb {R} ^{\times },\cdot )} ,相应者便是寻常的指数函数 x e x {\displaystyle x\mapsto e^{x}} 。取 G = ( R n , + ) {\displaystyle G=(\mathbb {R} ^{n},+)} ,相应者是恒等映射 i d : R n R n {\displaystyle \mathrm {id} :\mathbb {R} ^{n}\to \mathbb {R} ^{n}}

事实上,对复李群及任何完备域上的解析李群都能定义指数映射。

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