叶状结构
微分几何中,叶状结构(--
)是"n"-流形上的等价关系,等价类是连通单射浸入子流形,都具有相同维度"p",以实坐标空间formula_1的分解为标准嵌入子空间formula_2的陪集formula_3为模型。等价类称作叶状结构的叶(leaf)。若要求流形和/或子流形具有(formula_4类的)分段线性、微分或解析结构,就可分别定义分段线性、微分、解析叶状结构。在最重要的formula_4类微分叶状结构中,通常"r" ≥ 1(否则formula_6就是拓扑叶状结构)。"p"(叶的维度)称作叶状结构的维度,formula_7称作其余维数。
在数学物理学家关于广义相对论的一些论文中,“叶状结构”用于描述:相关的洛伦兹流形(("p"+1)维时空)分解为"p"维超平面,指定为梯度处处不为零的实值光滑函数(标量场)的水平集;这光滑函数通常被假定为时间函数,梯度处处类时间,因此其水平集都是类空间超平面。为与标准数学术语保持一致,这些超平面通常称作叶状结构的叶。注意,虽然这情形确实构成标准数学意义上的余维-1叶状结构,但这类例子是全局平凡的。虽然(数学)余维-1叶状结构的叶局部上总是函数的水平集,但一般不能在全局这样表达,因为叶可能无限多次通过局部平凡化坐标图,叶周围的完整也可能阻碍叶的全局一致定义函数的存在。例如,虽然3-球面有一个由里布发现的余维1-叶状结构,但闭流形的余维-1叶状结构不能由光滑函数的水平集给出,因为闭流形上的光滑函数必然在最值点有临界点。
叶状结构好比是一种给流形穿的条纹织物的衣服。在流形的每个足够小的片上,这些条纹给了流形一个局部乘积结构,不需在局部区域之外一致(不用有良定义的整体结构):沿着一个条纹走足够远,可能回到不同的邻近的条纹。
叶状图与图册.
为给叶状结构下精确定义,需先定义一些辅助元素。
formula_1中的"矩邻域"是形式为formula_9的开子集,其中formula_10是第"i"个坐标轴上(可能无界)的相对开区间。若formula_11具有形式formula_12,则称"B"具有边界
formula_13
在下面的定义中,坐标图(coordinate chart)被认为是在formula_14,允许流形具有边界和(凸)角的可能。
"n"-流形"M"上余维为"q"的叶状图(foliated chart)是formula_15,其中formula_16是开集,formula_17是微分同胚,formula_18是formula_19中的矩邻域,formula_20是formula_2中的矩邻域。集合formula_22,其中formula_23称作这叶状图的斑(plaque)。formula_24,集合formula_25称作叶状图的横截(transversal)。集合formula_26称作"U"的切边界(tangential boundary),formula_27称作"U"的横截边界(transverse boundary)。
叶状图是所有叶状结构的基本模型,斑就是叶。formula_20表示“"B"-切”,formula_18表示“"B"-截”。还有多种可能。若formula_30都有空边界,则叶状图就建模了无界"n"-流形的余维-"q"叶状结构。若其中一个矩邻域有界,则叶状图建模了有界无角"n"-流形的叶状结构的各种可能性。具体来说,若formula_31,则formula_32是斑之并,斑表示的叶状结构切于边界。若formula_33,则formula_34是横截之并,叶状结构横截于边界。最后,若formula_35,则建模了叶状流形(foliated manifold),角分开了切边界与横截边界。
"n"-流形"M"上余维为"q"的formula_36类"叶状图册"(foliated atlas)是余维为"q"的叶状图的formula_4-图册formula_38,只要"P"、"Q"在formula_39的不同图中都是斑,"P" ∩ "Q"在"P"、"Q"中都是开的,它们就是相干叶状结构(coherently foliated)。
重新表述相干叶状图的有效方法是将formula_40写作:
formula_41
formula_42
formula_43常写作formula_44,其中
formula_45
formula_46
在formula_47上,坐标公式可改写为
formula_48
formula_49是相干叶状结构这一条件意味着,若formula_50是斑,则formula_51的连通分量位于formula_52的(可能不同的)斑中。等价地,由于formula_53的斑分别是横坐标formula_54的水平集,formula_55都有邻域,其中公式
formula_56
与formula_57无关。
叶状图册的主要用处是将重叠的斑连接起来,形成叶状结构;上述一般定义显得有点笨拙,一个问题是,formula_43的斑可以与多个formula_59的斑相遇。甚至可能出现,一个图的斑与另一图的无穷多个斑相遇。不过,如下所示,假设情形更规则,也不失一般性。
若formula_60是叶状formula_4图册,则"M"上两具有相同余维和光滑度的formula_4类叶状图册formula_63是相干的:formula_64。叶状图册的相干是等价关系。
上面定义的开集上的斑与横截也是开的。不过,我们也可以谈论闭的斑与横截:若formula_65都是叶状图,使得formula_66("U"的闭包)是"W"的子集,formula_67;则,若formula_68可知formula_69,写作formula_70,将formula_66微分同胚地带到formula_72
符合以下条件的叶状图册称作规则的(regular):
根据性质 (1),坐标formula_80延伸到formula_81上的坐标formula_82,可以写成formula_83性质 (3)等价于要求:若formula_84,横坐标变化formula_85独立于formula_86即
formula_87
有公式
formula_88
类似论断也适于开图(无覆盖线)。横坐标映射formula_89可视作浸没
formula_90
公式formula_91可视作微分同胚
formula_92
它们满足上循环条件,即,在formula_93上,
formula_94
尤其是,
formula_95
formula_96
用上述关于相干性和规则性的定义,可证明每个叶状图册都有规则的相干细化。
叶状结构的定义.
根据实现叶状结构的方式,有几种不同的定义。最常见方式是通过流形分解,得到
定义 "n"维流形"M"的"p"-维formula_4类叶状结构是将"M"分解为不交连通子流形formula_98的并,称作叶状结构的叶(leaf),具有如下性质:"M"的点都有邻域"U"和局部formula_4类坐标系formula_100,使得对每片叶formula_101,formula_102的组分都由方程组formula_103描述。则,叶状结构记作formula_104
叶的概念可以让我们直观地思考叶状结构。若用稍微几何化的定义,"n"维流形"M"的"p"维叶状结构formula_105也许可简单视作"M"的逐对不交、连通浸没的"p"维子流形(叶状结构的叶)的集合formula_106,使得对点formula_107,都有图formula_108,其中"U"同胚于formula_1,包含的"x"使得对每片叶formula_110,与"U"相遇或为空集或为子空间的可数集,其在formula_111中formula_112的像下是前n-p个坐标为常数的"p"维仿射子空间。
叶状结构局部上都是浸没,允许下列定义
定义 令"M"、"Q"是"n"维流形,"q"≤"n",并令formula_113是浸没,即假设函数微分矩阵(雅可比矩阵)的秩为"q",则据隐函数定理,"ƒ"在"M"上诱导了余维为"q"的叶状结构,其中的叶定义为formula_114
这定义描述了"n"维流形"M"的"p"维叶状结构formula_105,是由图(chart)formula_116与下列映射复盖的:
formula_117
这样,对重叠对formula_118,转移函数formula_119定义为
formula_120
形式为
formula_121
其中"x"表示前formula_7个坐标,"y"表示后"p"个坐标(co-ordinates),即
formula_123
将转移函数formula_124拆分为formula_125,作为浸没的一部分完全类似于将formula_126拆分为formula_127,作为规则叶状图册定义的一部分。这使得可以用规则叶状图册定义叶状结构成为可能。为此,必须首先证明,余维度为"q"的规则叶状图册都与唯一的余维度为"q"的叶状结构formula_105相关联。
正如证明所示,叶状结构的叶是长度 ≤ "p"的斑链的等价类,也是拓扑浸入豪斯多夫"p"维子流形。接着,我们将证明叶上斑的等价关系可用相干叶状图册的等价来表示,即它们与叶状结构的联系。更具体地说,若formula_63是"M"上的叶状图册、且若formula_39与叶状结构formula_105相关联,则当且仅当formula_132也与formula_105相关联时,formula_63相干。
现在很明显,"M"上的叶状结构与叶状图册间的关联关系产生了"M"的叶状结构集同叶状图册的相干类集之间的一一对应,换句话说,"M"上余维为"q"的formula_4类叶状结构formula_105是余维为"q"的formula_4类叶状图册的相干类。据佐恩引理,叶状图册相干类显然包含唯一的最大叶状图册。于是,
定义 "M"上余维为"q"的formula_4类叶状结构是"M"上余维为"q"的最大叶状formula_4-图册。
实践中,通常用较小的叶状图册表示叶状结构,通常还要求是规则的。
在图formula_116中,条纹formula_141与别的图formula_142上的条相匹配。这些子流形在图之间拼接成最大连通单射浸入子流形,就是叶状结构的叶(leaf)。
若缩小图formula_116,可以写成formula_144,其中formula_145与斑同构,formula_146的点参数化了formula_116中的斑。若择formula_148,则formula_149是formula_116的子流形,与每个斑恰交一次,这叫做叶状结构的局部横截面。注意,由于单值性的原因,全局横截面可能不存在。
"r" = 0的情形比较特殊。实践中出现的formula_6叶状结构通常是“光滑叶”。更确切地说,是以下意义的formula_152类:
定义 若叶状图册的相应相干类包含规则叶状图册formula_153,使得坐标变换式
formula_154
属于formula_155类,但formula_156在坐标formula_57中是formula_4类,其阶数≤ "r"、与formula_57的混合偏导数在坐标formula_160中是formula_155类,则称叶状结构formula_105属于formula_163类。
上述定义是所谓“叶状空间”的更一般概念。我们可以放宽横截的条件为formula_19的相对紧开子集,允许横坐标formula_89在更一般的拓扑空间"Z"中取值。斑仍是formula_19的相对紧开子集,横坐标公式formula_167的变化是连续的,formula_168在坐标formula_57中属于formula_4类,其阶数 ≤ "r" 、与formula_57的混合偏导数在坐标formula_172中连续。一般要求"M"、"Z"为局部紧可测第二可数空间。这似乎是很狂野的推广,但在一些情形下很有用。
完整性.
令formula_173是叶状流形(foliated manifold)。设"L"是formula_105的叶,"s"是"L"中的路径,我们感兴趣的是"M"中"s"的邻域中叶状结构的行为。直观地说,在叶上可以沿路径"s"行走,同时关注附近所有叶。在他(以下写作"s"("t"))行走时,一些叶可能会“掉落”、变得不可见;另一些可能会突然进入可视范围,渐渐接近"L";还有些可能会以接近平行的方式跟随"L",或垂直地打转之类。若"s"是环路,则随着"t"增大,"s"("t")会反复回到同一个点"s"("t"0),每次都会有更多叶螺旋状地进入或离开视野。这种行为经过适当的形式化,叫做叶状结构的完整性(holonomy)。
完整性在叶状流形上有多种具体实现方式:叶状丛(foliated bundle)的总完整群、一般叶状流形的完整伪群、一般叶状流形的亏格完整广群、叶的亏格完整群、叶的无穷小完整群。
叶状丛.
最容易理解的完整性是叶状丛的总完整性,这是庞加莱映射概念的推广。
“第一回归映射”来自动力系统理论。令formula_175是紧"n"-流形上的非奇异formula_176流。应用中,可以想象"M"是个回旋加速器或流体的闭合回路。若"M"有界,则假定流与界相切。流生成了1维叶状结构formula_105。若知道流的正方向,但不知道其他参数(轨迹形状、速度等),则称底叶状结构(underlying foliation)formula_105有向。假设流有全局横截面"N",即"N"是"M"的n-1维紧正合嵌入的formula_4子流形,叶状结构formula_105垂直于"N",每条流线都与"N"相遇。由于"N"的维度与叶的维度是互补的,横截性条件是
formula_181
令formula_182,考虑"M"中所有序列formula_183的所有堆积点的"ω"-极限集合ω(y),其中formula_184为无穷大。可以证明,ω(y)是紧非空的,是流线的并。若formula_185则有值formula_186使得formula_187,由此可得
formula_188
由于"N"是紧的,formula_105横截于"N",因此集合formula_190是单调递增序列formula_191,并发散。
当formula_182变化,令formula_193,这样定义一个正函数formula_194(第一回归时间),使得formula_195
定义formula_196这是formula_4映射。若流反向,则完全相同的构造会得到逆的formula_198;所以formula_199。这个微分同胚是第一回归映射,τ称作第一回归时间。虽然第一回归时间取决于流的参数化,但"f"显然只取决于有向叶状结构formula_105。可以将流formula_175重参数化,使其保持非奇异、是formula_4类,且方向不翻转,从而使formula_203
流有横截面N的假设是很受限的,意味着"M"是formula_204上纤维丛的总空间。事实上在formula_205上,可将formula_206定义为以下条件生成的等价关系:
formula_207
等价地,这是加法群Z在formula_205上的作用的轨等价,定义如下
formula_209
"f"的映射圆柱定义为formula_4流形
formula_211
由第一回归映射"f"的定义与第一回归时间formula_212的假设,可立即得出映射
formula_213
流的定义可诱导一个规范formula_4微分同胚
formula_215
若记formula_216,则formula_205到R的投影诱导了formula_4映射
formula_219
使"M"变为圆上纤维丛的总空间。这只是formula_220到formula_204的投影。叶状结构formula_105横截于这丛的纤维,限制到每片叶"L"的丛投影π是覆盖映射formula_223,这就是叶状丛(foliated bundle)。
以formula_224的等价类formula_225为基点,formula_226就是原横截面"N"。对formula_204上以formula_228为基点的每个环路"s",同伦类formula_229的唯一特征是formula_230。环路"s"提升到每条流线中的一条路径,很明显提升formula_231始于formula_182、终于formula_233。微分同胚formula_234也用formula_235表示,称作环路"s"的总整体性。由于只取决于["s"],因此定义了同胚
formula_236
称作叶状丛的总整体同胚。
更直观地运用纤维丛,令formula_173是余维为"q"的叶状"n"-流形,令formula_238是纤维丛,具有"q"维纤维"F"与连通基空间"B"。假设所有这些结构都属于formula_239类,若"r" = 0,"B"支持一个formula_240结构。由于"B"上的最大formula_240图册都包含formula_242子图册,因此假设"B"如所期望那般光滑并不失一般性。最后,formula_243,假设"x"有连通开邻域formula_244,和局部平凡化
formula_245
其中"φ"是formula_4微分同胚(若"r" = 0则是同胚),将formula_247带到积叶状结构formula_248。其中,formula_247是叶为formula_250的连通组分的叶状结构,"L"是formula_105的叶。这是formula_4类“叶状丛”(foliated bundle)formula_253的一般定义。
formula_105垂直于π的纤维(可以说formula_105是垂直于纤维的),π到formula_105的每片叶"L"的限制是覆盖映射formula_257。特别是,每条纤维formula_258都与formula_105的每片叶相遇。纤维是formula_105的横截,与流的横截完全类似。
叶状结构formula_105横截于纤维不能保证叶是"B"的覆盖空间。这个问题的一个简单版本是formula_262的一个叶状结构横截于纤维
formula_263
formula_264
但有无限多叶缺失了"y"轴。在相应的图像中,“有箭头的”叶以及它们上面所有的叶都渐进于"x" = 0轴。一般称这种叶状结构为相对于纤维是不完备的,即当参数formula_265接近某个formula_266,一些叶“奔向无穷大”。更确切地说,可能有叶"L",和一条连续路径formula_267使得formula_268,但formula_269在"L"的流形拓扑中不存在。这类似于不完备流,某些流线会在有限时间内发散。虽然这样的叶"L"可能在别处与formula_226相遇,但不能均匀覆盖formula_228的邻域,因此不可能是"B"在π下的的覆盖空间。"F"是紧的时,formula_105对纤维的横截性确实保证了完备性,于是formula_273是叶状丛。
"B"上有图册formula_274,包含开连通坐标图,以及平凡化formula_275,将formula_276带到积叶状结构。置formula_277,并记formula_278,其中(滥用符号)formula_156表示formula_280是将formula_281与规范投影formula_282组合而得的浸没。
图册formula_283的作用类似叶状图册。formula_284的斑是formula_89的水平集,这一族斑通过formula_89,与"F"相同。由于预设了"B"支持某个formula_242结构,据怀特黑德定理,可在"B"上固定一个黎曼度量,择图册formula_39为测地凸的。于是,formula_289总是连通的。若这个交非空,则formula_284的每个斑都正好与formula_291的一个斑相遇。然后,通过设下式,可定义一个完整上循环(holonomy cocycle)formula_292 by setting
formula_293
例子.
平坦空间.
考虑"n"维空间,是由前n-p个坐标为常数的点组成的子空间之积。这可以用一张图(chart)表示,其基本原理是formula_294,叶或斑formula_2由formula_296枚举。置"n" = 3、"p" = 2,可以类比三维空间:书的2维叶由(1维)页码枚举。
丛.
较平凡的叶状结构例子是积formula_297,叶formula_298("M"的另一个叶状结构由formula_299给出)。
对流形"F"而言,formula_300的平坦"G"-丛是更一般的一类。给定表示formula_301,具有单值ρ的平坦formula_302-丛由formula_303给出,其中formula_304通过甲板变换作用于万有覆盖formula_305,通过表示ρ作用于"F"。
平坦丛符合纤维丛的框架。若有流形"F"使得formula_306,都有开邻域"U"使得有同胚formula_307(其中"p"1是到第一个因子的投影),则流形之间的映射formula_238是纤维丛。纤维丛产生了由纤维formula_309组成的叶状结构,其叶空间"L"与"B"同构,前者是豪斯多夫流形。
覆盖.
若formula_310是流形间的覆盖映射,"F"是"N"上的叶状结构,则其拉回到"M"上的叶状结构。更一般地,若映射只是分歧覆盖(分歧轨迹横截于叶状结构),则叶状结构就可以被拉回。
浸没.
若formula_311是流形的浸没,则据反函数定理,浸没的纤维的连通组分定义了"M"的余维为"q"的叶状结构。纤维丛是这种类型的一个例子。
不是纤维丛的浸没的一个例子是
formula_312
这种浸没产生了formula_313的叶状结构,在下列formula_314作用下是不变的:
formula_315
其中formula_316。formula_317的诱导叶状结构称作(环空的)2维里布叶状结构,或(莫比乌斯带的)2维无向里布叶状结构。它们的叶空间都不是豪斯多夫的。
里布叶状结构.
定义一个潜没
formula_318
其中formula_319是"n"维圆盘formula_320上的圆柱坐标。这浸没产生了formula_321的叶状结构,在如下Z作用下是不变的:
formula_322
formula_323的诱导叶状结构被称作"n"维里布叶状结构,其叶空间不是豪斯多夫的。
对于"n" = 2,这给出了实心环面的叶状结构,可由沿边界粘合两个实心环面,来定义3-球的里布叶状结构。奇数维球formula_324的叶状结构也是明确已知的。
李群.
若"G"是李群、"H"是李子群,则"G"就会被"H"的陪集叶化。若"H"在"G"中闭合,则商空间formula_325是光滑(豪斯多夫)流形,将"G"转化为纤维丛,纤维"H"、基为formula_325。这个纤维丛实际上是主的,具有结构群"H"。
李群作用.
令"G"是光滑作用于流形"M"的李群。若作用是局部自由作用或自由作用,则"G"的轨道定义了"M"的一个叶状结构。
线性叶状结构与克罗内克叶状结构.
若formula_327是非奇异(即无处为零)的向量场,则formula_327定义的局部流拼凑在一起,就定义了维度为1的叶状结构。事实上,给定任一点formula_329,由于formula_327是非奇异的,所以可找到一个关于"x"的坐标邻域formula_331,使得
formula_332
formula_333
从几何角度来看,formula_334的流线就是水平集
formula_335
其中所有的formula_336由惯例,流形是第二可数的,因此类似“长线”这样的叶异常现象会被"M"本身的第二可数性排除。要求formula_327是完全域(例如"M"是紧的),从而要求每片叶都是流线,就可以避开这个难题。
环面formula_338上的一类重要1维叶状结构来自投影于其上的恒向量场。formula_262上的恒向量场
formula_340
对formula_262中所有平移都不变,因此当投影到环面formula_342时传递到良定义向量场"X"。假定"a" ≠ 0。formula_327产生的formula_262上的叶状结构formula_345的叶具有斜率为formula_346的平行线,这叶状结构在平移下也是不变的,并传递到"X"产生的formula_338上的叶状结构formula_105。
formula_345每片叶的形式是
formula_350
若斜率是有理的,则所有叶都是与圆同胚的闭合曲线。这时,可取formula_351。对固定的formula_352,formula_353中与formula_354的值对应的点都投影到formula_338的同一点,于是formula_105对应的叶"L"是formula_338中的嵌入圆。由于"L"是任意的,所以formula_105是formula_338对圆的叶状结构。由此很容易得出,这个叶状结构实际上就是纤维丛formula_360,这就是所谓线性叶状结构。
若斜率是无理的,则叶是非紧的,同胚于非紧实线,在环面中稠密(参无理旋转)。每个点formula_361的轨迹永远不会回到同一点,而是在环面上产生“处处稠密”的环绕,会任意接近任何给定的点。于是,轨迹的闭包是整个2维环面。这种情形称作克罗内克叶状结构,得名于利奥波德·克罗内克与
克罗内克稠密性定理 若实数θ不等于π的所有有理倍数,则集合formula_362在单位圆内稠密。
用平行线对formula_1进行叶状结构的类似构造,可得与环面上的线性流相关的"n"-环面formula_364的1维叶状结构。
纬悬叶状结构.
平坦丛不仅有对纤维的线性结构,还有横截于纤维的叶状结构,其叶为
formula_365
其中formula_366是规范投影。这个叶状结构称作表示formula_301的纬悬。
具体地说,若formula_368,formula_369是"F"的同胚,则formula_112的纬悬叶状结构定义为表示formula_371的纬悬叶状结构,由formula_372给出。其叶空间是formula_373,其中只要对某个formula_374。
纬悬叶状结构最简单的例子是"q"维流形"X"。令formula_375是双射。将纬悬formula_376定义为formula_377对等价关系formula_378的商。
formula_379
则,"M"自动携带两个叶状结构:formula_380包含formula_381形式的集合;formula_382包含formula_383形式的集合,其中轨道formula_384定义为
formula_385
其中指数指的是函数"f"与自身复合的次数。注意formula_386,对formula_387也同样。理解叶状结构formula_382等效于理解映射"f"的动力学。若流形"X"已经叶化,则只要"f"是叶间映射,就可以利用这构造增加叶状结构的余维数。
2-环面的克罗内克叶状结构是旋转formula_389(角度为formula_390)的纬悬叶状结构。
更具体地说,若formula_391是2洞环面,formula_392是两个嵌入圆,则formula_105是叶formula_394的3-流形的积叶状结构formula_395。注意formula_396是嵌入环,formula_105横截于formula_398。令formula_399表示formula_204的保向微分同胚群,并择formula_401。将"M"沿formula_402切开,formula_403表示它们的副本。这时,流形formula_404有4个边界分量formula_405叶状结构formula_105横截边界formula_407的叶状结构formula_408,叶的形式为formula_409。
这片叶在4个圆formula_410中与formula_407相遇。若formula_412,则formula_413中的对应点记作formula_414,formula_415通过下列标识,“回到”formula_416:
formula_417
由于formula_418是formula_204的保向微分同胚,因此与恒同(identity)同痕,由这操作得到的流形同胚于"M"。formula_408的叶则重新组合,产生"M"新的叶状结构formula_421。若formula_421的叶"L" 包含一片formula_423,则
formula_424
其中formula_425是由formula_426生成的子群。这些Σ'的副本通过标识彼此相连:
formula_427
formula_428
其中"g"在"G"上取值。叶完全由formula_429的"G"-轨道决定,可以很简单也可以很复杂。例如若相应的"G"-轨道有限,则叶就是紧的。举个极端的例子,若"G"是平凡的formula_430,则formula_431。若轨道在formula_204中是稠密的,则对应的叶在"M"中也稠密。例如,若formula_418是2π的有理独立倍的旋转,则每片叶都是稠密的。其他例子中,某些叶"L"的闭包formula_434与每个因子formula_435在康托尔集中相遇。在formula_436上也可做类似构造,其中"I"是紧非退化区间。这里,取formula_437,由于formula_438通过所有保向微分同胚逐点固定了,所以可得一个以formula_439的两分量为叶的叶状结构。若在这情形下形成"M' ",就会得到有角叶状流形。无论哪种情形,这种构造都被称作微分同胚对的纬悬,提供了余维为1的叶状结构的有趣例子。
叶状结构与可积性.
假设一切都光滑,那么向量场之间有一种密切关系:给定"M"上不为零的向量场"X",其积分曲线将给出1维叶状结构(即余维为"n"-1的叶状结构)。
这观察可推广为弗罗贝尼乌斯定理,即分布(流形切丛的"n" − "p"维子丛)与叶状结构的叶相切的充分必要条件是,与分布相切的向量场集对李括号闭合。这也可以解释为,将切丛的结构群从formula_440约化为可约群。
弗罗贝尼乌斯定理中的条件作为可积条件出现,并断言若满足条件,就能约化,因为具有所需块结构的局部转移函数存在。例如,对某(非规范)formula_441(即非零余向量场),余维为1时可定义叶状结构的切丛为formula_442。若处处都有formula_443,则给定的α可积。
由于存在拓扑约束,因此存在全局叶状结构理论。例如,曲面情形中,处处非零向量场只能存在于环面的有向紧曲面上。这是庞加莱-霍普夫定理的结果,指出欧拉示性数需为0。其与切触几何有很多深层联系,专门研究不可积情形。
参考文献.
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