等距映射与保形映射
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
贡献者: JierPeter
1. 等距变换
等距变换,或称等度量变换,是指在变换前后不改变切向量的长度的变换——更一般地,不改变任何两个切向量的内积。
定义 1 等距变换
对于两个正则曲面 $S$ 和 $R$,如果存在同胚映射 $\varphi:S\to R$,使得对于任意 $p\in S$ 和任意两个 $w_1, w_2\in T_pS$,都有 $w_1\cdot w_2= \,\mathrm{d}{\varphi} _p(w_1)\cdot \,\mathrm{d}{\varphi} _p(w_2)$,那么我们说 $\varphi$ 是一个等距变换(isometry),称 $S$ 和 $R$ 是等度量的(isometric)。
定义 2 局部等距变换
对于两个正则曲面 $S$ 和 $R$,如果存在同胚映射 $\varphi:S\to R$,使得在某一个 $p\in S$ 处有一个邻域,在这个邻域里 $\varphi$ 是等距映射,则称 $\varphi$ 是在 $p$ 处的局部等距变换(local isometry)。如果存在 $\varphi$ 在每一个点上都是局部等距变换,则称 $S$ 和 $R$ 是局部等距的(locally isometric)。
局部等距的例子可以依靠以下定理来寻找。
定理 1
对于两个正则曲面 $S$ 和 $R$,给定两个局部坐标系 $ \boldsymbol{\mathbf{x}} :U\to S$ 和 $ \boldsymbol{\mathbf{y}} :V\to R$,使得两个坐标系下计算的 $E, G, F$1相等,则映射 $\varphi= \boldsymbol{\mathbf{y}} \circ \boldsymbol{\mathbf{x}} : \boldsymbol{\mathbf{x}} (U)\to R$ 是一个局部等距变换。
2. 保形映射
等距变换是保形变换的一个特例。等距变换过于简单,因此我们引入范围更广一些的保形映射,比起前者有更多有趣的结构。
定义 3 保形映射
对于两个正则曲面 $S$ 和 $R$,如果存在同胚映射 $\varphi:S\to R$,使得对于任意 $p\in S$ 和任意两个 $w_1, w_2\in T_pS$,都有
\begin{equation}
\,\mathrm{d}{\varphi} _p(w_1)\cdot \,\mathrm{d}{\varphi} _p(w_2)=\lambda^2(p)w_1\cdot w_2~.
\end{equation}
其中 $\lambda$ 是 $S$ 上的一个
处处不为零的可微函数,则称 $\varphi$ 是一个
保形映射(conformal map),也叫
共形映射;$S$ 和 $R$ 就被称为是
共形(conformal)的。
定义 4 局部保形映射
对于两个正则曲面 $S$ 和 $R$,如果存在同胚映射 $\varphi:S\to R$,使得在某一个 $p\in S$ 处有一个邻域,在这个邻域里 $\varphi$ 是保形映射,则称 $\varphi$ 是在 $p$ 处的局部共形映射(local conformal map)。如果存在 $\varphi$ 在每一个点上都是局部保形变换,则称 $S$ 和 $R$ 是局部共形的(locally conformal)。
类似等距变换,我们也有以下定理。
定理 2
对于两个正则曲面 $S$ 和 $R$,给定两个局部坐标系 $ \boldsymbol{\mathbf{x}} :U\to S$ 和 $ \boldsymbol{\mathbf{y}} :V\to R$,使得两个坐标系下计算的 $E, G, F$ 只差一个因子 $\lambda^2(p)$,而 $\lambda(p)$ 是 $S$ 上处处不为零的可微函数,则映射 $\varphi= \boldsymbol{\mathbf{y}} \circ \boldsymbol{\mathbf{x}} : \boldsymbol{\mathbf{x}} (U)\to R$ 是一个局部等距变换。
由正则曲面的定义,我们还容易得到:
1. ^ 见定义 1 。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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