用户: Hui/黎曼几何

本文主要收集一些黎曼几何中常用的结论和公式.

1向量丛上的联络

考虑向量丛 上的线性联络 (cf. [EL83],[BC2010])

(1)

定义 1.1. 内积: 对偶联络: 直和: 张量积: 拉回联络: (2)

命题 1.2. Levi-Civita 联络: (3)

定义 1.3. 定义联络曲率

命题 1.4.

对于 , 其中 ;

对于 , 其中 ;

对于 ;

对于 .

例 1.5 (乘积流形的曲率). (4)(5)(6)

命题 1.6. 拉回与取对偶和张量积可交换: (7)

命题 1.7.. 则

命题 1.8 (曲率与 trace 可交换)., 则(8)以及(9)

例 1.9 (0 阶张量的曲率).

定义 1.10. 子丛的度量与联络 [BC2010].

定理 1.11 (度量的泰勒展式 [BC2010]). 在局部测地法坐标坐标下, (10)

注 1.12. 法坐标下进行计算往往可以带来方便, 请参考 [Mei2013], P135-140.

2黎曼几何中的尺度分析

在黎曼流形 上, 我们考虑对度量的一个尺度变换 为常数.

首先, 黎曼联络 , 那么 .

截面曲率:(11)(12)而截面曲率(13)其中 . 所以(14)于是(15)

Ricci 曲率:(16)其中 为相对于 的一组幺正基, 为任意的向量. 那么(17) 意味着 , 对任意的 成立. 所以此时(18)也即 .

数量曲率:(19)

长度:(20)可知(21)

体积: 设相对于 的体积形式为 , 由定义 , 由此可见 , 所以体积(22)

Laplace 算子与特征值: 因为(23), 所以(24)如果 的特征值, 那么对应的 的特征值为(25)

例 2.1. 正规化的 Sobolev 不等式以及都是尺度不变的.

3微分形式

定义 3.1 (外积与反对称化算子).

命题 3.2. (26)

命题 3.3. (27)

下面罗列一些微分形式的性质.

命题 3.4 ([Lee2012]). 维线性空间.

1.

.

2.

.

3.

.

4.

.

例 3.5., 那么由

定义 3.6 (内插 (内积)). 定义 ,

命题 3.7. 以及 , 那么

1.

.

2.

.

命题 3.8 (拉回公式).. 那么

1.

.

2.

命题 3.9 (最高阶形式的拉回). 分别为 的局部坐标. 那么

推论 3.10.

定义 3.11 (外微分定义).

命题 3.12. 以及 , 那么

1.

.

2.

.

3.

.

命题 3.13. 为奇数阶的微分形式, 那么 .

命题 3.14 (微分形式的局部表示). 在局部坐标下, 微分形式可以表示为(28)

定义 3.15 (微分形式的内积). 阶微分形式 的内积定义为(29)

定义 3.16 ( 内积).

注 3.17. .

定义 3.18 (协变张量的散度). (30)

例 3.19. 为 1 形式, 则

命题 3.20. (31)

命题 3.21 (外微分的不变公式). (32)特别, 对于 -形式 : (33)

命题 3.22 (外微分与联络). 利用联络的无挠性可知: (34)

命题 3.23. (35)

例 3.24. 对于 1 形式和 2 形式分别有(36)(37)

注 3.25. 更多关于微分形式的 内积的公式计算可以参考 [Jost2017] 的 140-103 页.

参考文献

[EL83]

James Eells and Luc Lemaire. Selected Topics in Harmonic Maps, 1983.

[BC2010]

Ben Andrews and Christopher Hopper. The Ricci flow in Riemannian geometry: a complete proof of the differentiable 1/4-pinching sphere theorem. springer, 2010.

[Mei2013]

梅加强. 流形与几何初步. 科学出版社, 2013.

[Lee2012]

John M Lee. Introduction to Smooth manifolds, volume 218. Springer, 2012.

[Jost2017]

Jürgen Jost. Riemannian geometry and geometric analysis. Universitext. Cham: Springer, 7th edition, 2017.