用户: Solution/ 习题: Riemann几何
1. | Let be an immersion. induces a metric on , as well as a connection on , where is a unitary frame on . Verify that is the Levi-Civita connection on . |
Pf. | The problem is a special case of Exercise 3 of Chapter 2, of which we use the notation and provide a proof here. That is mainly to check (i) let be extended arbitrarily to , using , then (ii) is also symmetric, i.e. (the last equality is since is tangent to as long as are) (iii) is compatible with the induced metric, i.e. |
2. | Show that . |
Pf. | We have Therefore, hence |
3. | 证明 [Xin] 第 7 章最后的附注 (P45). |
Pf. | 见 [Jo] Theorem 5.5.2 (P231-3). |
4. | 验证 在双曲度量下的截面曲率是 . |
Pf. | |
5. | 在双曲空间的上半空间模型下, 计算它的截面曲率, 并确定它的测地线. |
Pf. | 见 [dC] Chapter 8 section 3 (P160-2). |
6. | 对于 [Xin] 第 11 章定义的 Laplace 算子 (P65), 验证其局部表达式为 (记 ) |
Pf. | 幺正坐标系下, [Xin] 与上式均有 , 故说明上式不取决于坐标系的选取即可. 这只需注意到, 对任何局部坐标区域 , 对于测试函数 , 是 的对偶, 所以在不同坐标系下是相同的; 亦同坐标系无关. 再用 Riesz 表示定理, 得 在 上无关乎坐标系. |
7. | 设 是完备单连通的 Riemann 流形, 其截面曲率 , . 设 , 距离函数 , 那么 在 上是光滑凸的. |
Pf. | 基本是 [Xin] 定理 11.3 的证明, 除了改成上式对 非负, 是用 与 Wirtinger 不等式, 后者见 [dC] Exercise 11.2 (P250). |
8. | 设 Riemann 流形 的截面曲率 满足 , 其中 和 是常数. 设 是 中的测地线, 那么, 上相邻共轭点沿着 的距离 满足 |
Pf. | 见 [dC] Chapter 10 Proposition 2.4 (P218). |
Reference
[Xin] | 忻元龙. 黎曼几何讲义. 研究生教学用书. 复旦大学出版社, 2010. |
[dC] | M.P. do Carmo. Riemannian geometry. Mathematics: Theory & Applications. Boston: Birkhäuser, 1992. |
[Jo] | J. Jost. Riemannian Geometry and Geometric Analysis. Universitext. Springer, 2011. |