Number of derivatives of a function (mathematics)
バンプ 関数は、 コンパクトなサポート を備えたスムーズな関数です 。 数学的解析 において 、 関数 の 滑らかさは、その 定義域 における 連続 導関数 の数 ( 微分可能クラス) によって測定される特性である。 [1]
クラス の関数 は、少なくとも k の滑らかさを持つ関数です。つまり、 クラスの関数は、 その定義域で連続する k 番目の導関数を持つ関数です。 C k {\displaystyle C^{k}} C k {\displaystyle C^{k}}
クラスまたは-関数 の関数 ( C-無限関数 と発音) は、 無限に微分可能な関数、つまり、すべての 次数 の導関数を持つ関数です (これは、これらすべての導関数が連続していることを意味します)。 C ∞ {\displaystyle C^{\infty }} C ∞ {\displaystyle C^{\infty }}
一般的に、滑らかな関数という 用語は-関数 を指します 。ただし、検討中の問題において「十分に微分可能である」という意味で使われる場合もあります。 C ∞ {\displaystyle C^{\infty }}
微分可能性クラス 微分可能性類とは、関数をその 導関数 の性質に基づいて分類するものである 。これは、関数に対して存在し、連続する最高次の導関数の尺度である。
実数直線 上の 開集合 と、実数値を持つ 上で定義された 関数 について考える。k を 非負の 整数 とする。関数 は、 導関数 が 存在し、 上で 連続する場合、微分可能 クラス であるという。 が 上で -微分可能である 場合、 は 上で連続する ので、 少なくとも クラスに属する。 関数 は 、 上のすべての次数の導関数を持つ場合、 無限微分可能 、 滑らか 、または クラス であるという (したがって、これらすべての導関数は 上で連続関数である )。 [2] が滑らか (つまり、 が クラスに属する ) であり、その定義域の任意の点の周りの テイラー級数展開が、その点の 近傍 の関数 に収束する場合、 関数 は クラス または 解析的 であるという 。滑らかだが解析的ではない関数が存在するため、 は に厳密に含まれる。 バンプ関数は 、この特性を持つ関数の例である。 U {\displaystyle U} f {\displaystyle f} U {\displaystyle U} f {\displaystyle f} C k {\displaystyle C^{k}} f ′ , f ″ , … , f ( k ) {\displaystyle f',f'',\dots ,f^{(k)}} U . {\displaystyle U.} f {\displaystyle f} k {\displaystyle k} U , {\displaystyle U,} C k − 1 {\displaystyle C^{k-1}} f ′ , f ″ , … , f ( k − 1 ) {\displaystyle f',f'',\dots ,f^{(k-1)}} U . {\displaystyle U.} f {\displaystyle f} C ∞ , {\displaystyle C^{\infty },} U . {\displaystyle U.} U . {\displaystyle U.} f {\displaystyle f} C ω , {\displaystyle C^{\omega },} f {\displaystyle f} f {\displaystyle f} C ∞ {\displaystyle C^{\infty }} C ω {\displaystyle C^{\omega }} C ∞ . {\displaystyle C^{\infty }.}
言い換えると、クラスは すべての連続関数から構成されます。クラスは、 導関数が連続である すべての 微分可能関数から構成されます。このような関数は 連続的に微分可能 と呼ばれます。したがって、 関数は、導関数が存在し、クラス に属する関数とまったく同じです。 一般に、クラスは、 をすべての連続関数の集合 と宣言し、 任意の正の整数に対して を、導関数が にあるすべての微分可能関数の集合と宣言することで、 再帰的に 定義できます。 特に、は すべての に対して に含まれており 、この包含が厳密であることを示す例があります ( )。無限に微分可能な関数のクラスは、 が非負の整数 にわたって変化するとき の クラスの共通部分です。 C 0 {\displaystyle C^{0}} C 1 {\displaystyle C^{1}} C 1 {\displaystyle C^{1}} C 0 . {\displaystyle C^{0}.} C k {\displaystyle C^{k}} C 0 {\displaystyle C^{0}} C k {\displaystyle C^{k}} k {\displaystyle k} C k − 1 . {\displaystyle C^{k-1}.} C k {\displaystyle C^{k}} C k − 1 {\displaystyle C^{k-1}} k > 0 , {\displaystyle k>0,} C k ⊊ C k − 1 {\displaystyle C^{k}\subsetneq C^{k-1}} C ∞ {\displaystyle C^{\infty }} C k {\displaystyle C^{k}} k {\displaystyle k}
例
例: 連続 ( C 0 )だが微分可能ではない C 0 関数は 、 x ≥ 0 の場合は f ( x ) = x であり、それ以外の場合は 0 です。 関数 g ( x ) = x 2 sin(1/ x ) ( x > 0 ) 。 と の 関数 は 微分可能です。しかし、この関数は連続的に微分可能ではありません。 f : R → R {\displaystyle f:\mathbb {R} \to \mathbb {R} } f ( x ) = x 2 sin ( 1 x ) {\displaystyle f(x)=x^{2}\sin \left({\tfrac {1}{x}}\right)} x ≠ 0 {\displaystyle x\neq 0} f ( 0 ) = 0 {\displaystyle f(0)=0} 解析的ではない滑らかな関数。 この関数 は連続ですが、 x = 0で微分できないため、クラス C 0 です が、クラス C 1 ではありません。 f ( x ) = { x if x ≥ 0 , 0 if x < 0 {\displaystyle f(x)={\begin{cases}x&{\mbox{if }}x\geq 0,\\0&{\text{if }}x<0\end{cases}}}
例: 有限回微分可能 ( C け ) 任意の偶数 k に対して、関数は 連続であり、 x の任意の範囲で k 回微分可能です 。 しかし、 x = 0では ( k + 1) 回微分 不可能であるため、 C k クラスに属しますが、 j > k の場合には C j クラスには属しません 。 f ( x ) = | x | k + 1 {\displaystyle f(x)=|x|^{k+1}} f {\displaystyle f} f {\displaystyle f}
例: 微分可能だが連続微分可能ではない( C 1 ) この関数 は微分可能であり、導関数は g ( x ) = { x 2 sin ( 1 x ) if x ≠ 0 , 0 if x = 0 {\displaystyle g(x)={\begin{cases}x^{2}\sin {\left({\tfrac {1}{x}}\right)}&{\text{if }}x\neq 0,\\0&{\text{if }}x=0\end{cases}}} g ′ ( x ) = { − cos ( 1 x ) + 2 x sin ( 1 x ) if x ≠ 0 , 0 if x = 0. {\displaystyle g'(x)={\begin{cases}-{\mathord {\cos \left({\tfrac {1}{x}}\right)}}+2x\sin \left({\tfrac {1}{x}}\right)&{\text{if }}x\neq 0,\\0&{\text{if }}x=0.\end{cases}}}
はx → 0 の ときに振動する ため、 ゼロで連続ではない。したがって、は微分可能だが C 1 類ではない 。 cos ( 1 / x ) {\displaystyle \cos(1/x)} g ′ ( x ) {\displaystyle g'(x)} g ( x ) {\displaystyle g(x)}
例: 微分可能だがリプシッツ連続ではない 関数 は 微分可能であるが、その導関数は コンパクト集合 上で有界ではない。したがって、は微分可能であるが局所 リプシッツ連続で はない関数の例である 。 h ( x ) = { x 4 / 3 sin ( 1 x ) if x ≠ 0 , 0 if x = 0 {\displaystyle h(x)={\begin{cases}x^{4/3}\sin {\left({\tfrac {1}{x}}\right)}&{\text{if }}x\neq 0,\\0&{\text{if }}x=0\end{cases}}} h {\displaystyle h}
例: 分析 ( C ω ) 指数 関数は 解析的で あるため、 C ω クラスに分類されます (ここで ω は最小の 超限順序数 です)。 三角関数も、 複素指数関数と の線形結合 で あるため、定義される箇所に関係なく解析的です 。 e x {\displaystyle e^{x}} e i x {\displaystyle e^{ix}} e − i x {\displaystyle e^{-ix}}
例: スムーズ ( C ∞ )ではなく、分析的( C ω ) バンプ 関数 は滑らかなので C ∞類に属するが、 x = ±1 では解析的ではない ため C ω 類には属さない。関数 fは、 コンパクトな台 を持つ滑らかな関数の例である 。 f ( x ) = { e − 1 1 − x 2 if | x | < 1 , 0 otherwise {\displaystyle f(x)={\begin{cases}e^{-{\frac {1}{1-x^{2}}}}&{\text{ if }}|x|<1,\\0&{\text{ otherwise }}\end{cases}}}
多変量微分可能性クラス の 開集合上で定義された 関数は 、すべての 偏導関数 が存在し、任意の非負整数に対して連続で、かつ かつ 任意の となるとき、 正の整数 に対して 上で クラスであるとされる [ 3 ]。同様に、 の 次の フレシェ微分 が存在し、 のすべての点で連続する とき、 は 上で クラスであるとされる 。関数が 上で連続するとき 、関数は クラスまたはクラスであるとされる 。 クラスの関数は 連続的に微分可能 であるとも言われる 。 f : U ⊆ R n → R {\displaystyle f:U\subseteq \mathbb {R} ^{n}\to \mathbb {R} } U {\displaystyle U} R n {\displaystyle \mathbb {R} ^{n}} C k {\displaystyle C^{k}} U {\displaystyle U} k {\displaystyle k} ∂ α f ∂ x 1 α 1 ∂ x 2 α 2 ⋯ ∂ x n α n ( y 1 , y 2 , … , y n ) {\displaystyle {\frac {\partial ^{\alpha }f}{\partial x_{1}^{\alpha _{1}}\,\partial x_{2}^{\alpha _{2}}\,\cdots \,\partial x_{n}^{\alpha _{n}}}}(y_{1},y_{2},\ldots ,y_{n})} α 1 , α 2 , … , α n {\displaystyle \alpha _{1},\alpha _{2},\ldots ,\alpha _{n}} α = α 1 + α 2 + ⋯ + α n ≤ k {\displaystyle \alpha =\alpha _{1}+\alpha _{2}+\cdots +\alpha _{n}\leq k} ( y 1 , y 2 , … , y n ) ∈ U {\displaystyle (y_{1},y_{2},\ldots ,y_{n})\in U} f {\displaystyle f} C k {\displaystyle C^{k}} U {\displaystyle U} k {\displaystyle k} f {\displaystyle f} U {\displaystyle U} f {\displaystyle f} C {\displaystyle C} C 0 {\displaystyle C^{0}} U {\displaystyle U} C 1 {\displaystyle C^{1}}
の 開集合上で定義された 関数 は、 そのすべての成分が クラス (は によって定義される 自然 射影) である場合、 正の整数 に対して 上で クラス であるといわれます。関数 が 上で連続である場合、関数 はクラス または であるといわれます。また、すべての成分が 上で連続で ある場合、関数 はクラス または であるといわれます 。 f : U ⊂ R n → R m {\displaystyle f:U\subset \mathbb {R} ^{n}\to \mathbb {R} ^{m}} U {\displaystyle U} R n {\displaystyle \mathbb {R} ^{n}} C k {\displaystyle C^{k}} U {\displaystyle U} k {\displaystyle k} f i ( x 1 , x 2 , … , x n ) = ( π i ∘ f ) ( x 1 , x 2 , … , x n ) = π i ( f ( x 1 , x 2 , … , x n ) ) for i = 1 , 2 , 3 , … , m {\displaystyle f_{i}(x_{1},x_{2},\ldots ,x_{n})=(\pi _{i}\circ f)(x_{1},x_{2},\ldots ,x_{n})=\pi _{i}(f(x_{1},x_{2},\ldots ,x_{n})){\text{ for }}i=1,2,3,\ldots ,m} C k {\displaystyle C^{k}} π i {\displaystyle \pi _{i}} π i : R m → R {\displaystyle \pi _{i}:\mathbb {R} ^{m}\to \mathbb {R} } π i ( x 1 , x 2 , … , x m ) = x i {\displaystyle \pi _{i}(x_{1},x_{2},\ldots ,x_{m})=x_{i}} C {\displaystyle C} C 0 {\displaystyle C^{0}} f i {\displaystyle f_{i}} U {\displaystyle U}
の空間 C け 機能 を実数直線の開部分集合とする。 上で定義されるすべての実数値関数 の集合は フレシェベクトル空間 であり、 半ノルム の可算族は 、 、 と なる コンパクト 集合 の 増加列にわたって変化 する 。 D {\displaystyle D} C k {\displaystyle C^{k}} D {\displaystyle D} p K , m = sup x ∈ K | f ( m ) ( x ) | {\displaystyle p_{K,m}=\sup _{x\in K}\left|f^{(m)}(x)\right|} K {\displaystyle K} D {\displaystyle D} m = 0 , 1 , … , k {\displaystyle m=0,1,\dots ,k}
上の関数 の集合 もフレシェ空間を形成する。上と同じ半ノルムを用いるが、 は すべての非負整数値にわたって値域をとることが許される。 C ∞ {\displaystyle C^{\infty }} D {\displaystyle D} m {\displaystyle m}
上記の空間は、特定の次数の導関数が必要なアプリケーションでは自然に発生しますが、特に偏微分方程式 の研究では、代わりに ソボレフ空間 を使用して作業する方が有益な場合があります 。
連続 パラメトリック連続性 ( Ck ) と 幾何学的連続性 ( Gn )という用語は、 ブライアン・バースキー によって導入され 、曲線の滑らかさは、パラメータが曲線を描く速度の制限を取り除くことによって測定できることを示しました 。 [ 4 ] [5] [6]
パラメトリック連続性 パラメトリック連続性 ( C k )は、パラメトリック曲線 に適用される概念であり 、曲線に沿った距離に対するパラメータ値の滑らかさを表します。(パラメトリック)曲線は、 が存在し、 で連続している 場合、 クラス C k に属しているとされます。ただし、端点 および における微分は 、 片側微分 ( では右から 、 では左から ) とされます。 s : [ 0 , 1 ] → R n {\displaystyle s:[0,1]\to \mathbb {R} ^{n}} d k s d t k {\displaystyle \textstyle {\frac {d^{k}s}{dt^{k}}}} [ 0 , 1 ] {\displaystyle [0,1]} 0 {\displaystyle 0} 1 {\displaystyle 1} 0 {\displaystyle 0} 1 {\displaystyle 1}
この概念の実際的な応用として、物体の運動を時間パラメータで記述する曲線は、 C 1 連続性を持ち、かつその一次微分が微分可能である必要があります。これは、物体が有限の加速度を持つためです。映画撮影中のカメラの軌跡のような、より滑らかな運動には、より高次のパラメータ連続性が必要です。
パラメトリック連続性の順序 2つの ベジェ曲線セグメントがC 0 連続 のみで接続されています 2つのベジェ曲線セグメントがC 1 連続する ように接続されている パラメトリック連続性の様々な順序は次のように記述できる。 [7]
C 0 {\displaystyle C^{0}} : ゼロ階微分は連続である(曲線は連続である) C 1 {\displaystyle C^{1}} : 0次導関数と1次導関数は連続である C 2 {\displaystyle C^{2}} : 0次、1次、2次導関数は連続である C n {\displaystyle C^{n}} : 0次から - 次の導関数は連続である n {\displaystyle n}
幾何学的連続性 G 1 接触曲線 (円、線) ( 1 − ε 2 ) x 2 − 2 p x + y 2 = 0 , p > 0 , ε ≥ 0 {\displaystyle (1-\varepsilon ^{2})x^{2}-2px+y^{2}=0,\ p>0\ ,\varepsilon \geq 0} G 2 の円錐曲線の曲線 - 接触: p 固定、 変数 ( : 円、 : 楕円、 : 放物線、 : 双曲線) ε {\displaystyle \varepsilon } ε = 0 {\displaystyle \varepsilon =0} ε = 0.8 {\displaystyle \varepsilon =0.8} ε = 1 {\displaystyle \varepsilon =1} ε = 1.2 {\displaystyle \varepsilon =1.2} 曲線 や 曲面は 連続 性を持つと表現でき 、 滑らかさの度合いは増加します。曲線上の点の両側の線分を考えてみましょう。 G n {\displaystyle G^{n}} n {\displaystyle n}
G 0 {\displaystyle G^{0}} : 曲線は結合点で接します。 G 1 {\displaystyle G^{1}} : 曲線は 結合点でも共通の 接線方向を共有します。 G 2 {\displaystyle G^{2}} : 曲線は結合点において共通の曲率中心も共有します。 一般的に、 曲線が (パラメトリック)連続性を持つように再パラメータ化できる場合、連続性が存在します。 [8] [9] 曲線の再パラメータ化は、元の曲線と幾何学的に同一であり、パラメータのみが影響を受けます。 G n {\displaystyle G^{n}} C n {\displaystyle C^{n}}
同様に、2つのベクトル関数 とが、 ベータ 制約と呼ばれる方程式を満たす場合、それらが交わる点で連続性 を持つ。例えば、 連続性に関するベータ制約は以下の通りである。 f ( t ) {\displaystyle f(t)} g ( t ) {\displaystyle g(t)} f ( 1 ) = g ( 0 ) {\displaystyle f(1)=g(0)} G n {\displaystyle G^{n}} G 4 {\displaystyle G^{4}}
g ( 1 ) ( 0 ) = β 1 f ( 1 ) ( 1 ) g ( 2 ) ( 0 ) = β 1 2 f ( 2 ) ( 1 ) + β 2 f ( 1 ) ( 1 ) g ( 3 ) ( 0 ) = β 1 3 f ( 3 ) ( 1 ) + 3 β 1 β 2 f ( 2 ) ( 1 ) + β 3 f ( 1 ) ( 1 ) g ( 4 ) ( 0 ) = β 1 4 f ( 4 ) ( 1 ) + 6 β 1 2 β 2 f ( 3 ) ( 1 ) + ( 4 β 1 β 3 + 3 β 2 2 ) f ( 2 ) ( 1 ) + β 4 f ( 1 ) ( 1 ) {\displaystyle {\begin{aligned}g^{(1)}(0)&=\beta _{1}f^{(1)}(1)\\g^{(2)}(0)&=\beta _{1}^{2}f^{(2)}(1)+\beta _{2}f^{(1)}(1)\\g^{(3)}(0)&=\beta _{1}^{3}f^{(3)}(1)+3\beta _{1}\beta _{2}f^{(2)}(1)+\beta _{3}f^{(1)}(1)\\g^{(4)}(0)&=\beta _{1}^{4}f^{(4)}(1)+6\beta _{1}^{2}\beta _{2}f^{(3)}(1)+(4\beta _{1}\beta _{3}+3\beta _{2}^{2})f^{(2)}(1)+\beta _{4}f^{(1)}(1)\\\end{aligned}}} ここで 、、、 は 任意であるが、 正に制約される。 [8] :65 の場合 、これは 、スカラーに対して、 および に簡約される (すなわち、2つのベクトルの方向は等しいが、大きさは必ずしも等しくない)。 β 2 {\displaystyle \beta _{2}} β 3 {\displaystyle \beta _{3}} β 4 {\displaystyle \beta _{4}} β 1 {\displaystyle \beta _{1}} n = 1 {\displaystyle n=1} f ′ ( 1 ) ≠ 0 {\displaystyle f'(1)\neq 0} f ′ ( 1 ) = k g ′ ( 0 ) {\displaystyle f'(1)=kg'(0)} k > 0 {\displaystyle k>0}
曲線が 滑らかに見えるためには連続性が必要であることは明らかですが、 建築 や スポーツカーの デザインに求められるような優れた 美観 を実現するには、より高度な幾何学的連続性が求められます。例えば、車体の反射は、車体に 連続性がない限り滑らかに見えません。 [ 要出典 ] G 1 {\displaystyle G^{1}} G 2 {\displaystyle G^{2}}
角が90度の円弧を持つ角丸四角形は連続性を持ちます が 、 実際には連続性はありません。角が球の八分円で、辺が四分の一円柱である 角丸立方体 も同様です 。編集可能で連続性のある曲線 が必要な場合は、通常、3 次スプラインが選択されます。これらの曲線は 工業デザイン で頻繁に使用されます 。 G 1 {\displaystyle G^{1}} G 2 {\displaystyle G^{2}} G 2 {\displaystyle G^{2}}
その他の概念
分析性との関係 すべての 解析関数は 、それが解析的である集合上で「滑らか」(すなわち、すべての導関数が連続)であるが、上述の バンプ関数 などの例は、実数上の関数では逆が成り立たないことを示す。つまり、解析的ではない滑らかな実関数が存在する。 滑らかだがどの点でも解析的ではない関数の簡単な例は、 フーリエ級数 によって作ることができる。 別の例としては、 ファビウス関数 が挙げられる。このような関数は例外的な関数のように思われるかもしれないが、解析関数は滑らかな関数の中に非常に薄く散在していることがわかる。より厳密に言えば、解析関数は 滑らかな関数の わずかな部分集合を形成する。さらに、実数直線上の任意の開部分集合 Aに対して、 A 上でのみ解析的であり、他の場所では解析的ではない滑らかな関数が存在する 。 [ 要出典 ]
この状況を、実数直線上における超越数 の遍在性と比較すると分かりやすい 。実数直線上と滑らかな関数の集合の両方において、最初に思い浮かぶ例(代数的/有理的数と解析関数)は、大多数の場合よりもはるかに振る舞いが良い。超越数と、どこにも存在しない解析関数は完全な測度を持つ(その補数は貧弱である)。
このように記述された状況は、複素微分可能関数とは著しく対照的である。複素関数が開集合上で1回だけ微分可能である場合、その開集合上では無限微分可能かつ解析的である。 [ 要出典 ]
統一の滑らかな分割 与えられた閉台 を持つ滑らかな関数は、 滑らかな単位分割 ( 単位分割 と 位相用語集を 参照)の構築に用いられる。これらは 滑らかな多様体 の研究において不可欠であり 、例えば、 リーマン計量が 局所的存在から始めて大域的に定義できることを示すのに不可欠である。単純な例としては、実数直線上の バンプ関数 、すなわち区間 [ a , b ] の 外側で値 0 をとり 、かつ f ( x ) > 0 for a < x < b . {\displaystyle f(x)>0\quad {\text{ for }}\quad a<x<b.\,}
直線上の重なり合う区間が複数ある場合、それぞれの区間と半無限区間にバンプ関数を構築して直線全体をカバーし 、 関数の合計が常に 1 になるようにすることができます。 ( − ∞ , c ] {\displaystyle (-\infty ,c]} [ d , + ∞ ) {\displaystyle [d,+\infty )}
先ほど述べたように、単位分割は正則関数 には適用されない。正則関数の存在と 解析接続 に対する異なる振る舞いは、 層 理論の根源の一つである 。対照的に、滑らかな関数の層は位相情報をあまり持たない傾向がある。
多様体上および多様体間の滑らかな関数 次元の 滑らかな多様 体と 地図 帳 が与えられたとき、 に対して の 近傍から までの滑らかな関数となるようなチャートが存在するとき、地図は 上で滑らかである ( 与え られ た 次数 まで の すべての偏微分は連続である)。 を含む地図帳の任意の チャート について滑らかさをチェックできます。これは、 チャート間の遷移関数に対する滑らかさの要件により、 が1 つのチャートで の 近くで滑らかであれば、他のどのチャートでも の 近くで滑らかになることが保証されるためです 。 M {\displaystyle M} m , {\displaystyle m,} U = { ( U α , ϕ α ) } α , {\displaystyle {\mathfrak {U}}=\{(U_{\alpha },\phi _{\alpha })\}_{\alpha },} f : M → R {\displaystyle f:M\to \mathbb {R} } M {\displaystyle M} p ∈ M {\displaystyle p\in M} ( U , ϕ ) ∈ U , {\displaystyle (U,\phi )\in {\mathfrak {U}},} p ∈ U , {\displaystyle p\in U,} f ∘ ϕ − 1 : ϕ ( U ) → R {\displaystyle f\circ \phi ^{-1}:\phi (U)\to \mathbb {R} } ϕ ( p ) {\displaystyle \phi (p)} R m {\displaystyle \mathbb {R} ^{m}} R {\displaystyle \mathbb {R} } p , {\displaystyle p,} f {\displaystyle f} p {\displaystyle p} p {\displaystyle p}
が次元 多様体 から への写像である 場合 、 任意の に対して を含む チャートが存在し、 を含む チャートが存在し 、が から へ の滑らかな関数である 場合、 は滑らかである。 F : M → N {\displaystyle F:M\to N} M {\displaystyle M} n {\displaystyle n} N {\displaystyle N} F {\displaystyle F} p ∈ M , {\displaystyle p\in M,} ( U , ϕ ) {\displaystyle (U,\phi )} p , {\displaystyle p,} ( V , ψ ) {\displaystyle (V,\psi )} F ( p ) {\displaystyle F(p)} F ( U ) ⊂ V , {\displaystyle F(U)\subset V,} ψ ∘ F ∘ ϕ − 1 : ϕ ( U ) → ψ ( V ) {\displaystyle \psi \circ F\circ \phi ^{-1}:\phi (U)\to \psi (V)} R m {\displaystyle \mathbb {R} ^{m}} R n . {\displaystyle \mathbb {R} ^{n}.}
多様体間の滑らかな写像は、接空間 間の線型写像を誘導します 。 の場合 、各点において、 プッシュフォワード (または微分) は、 の接ベクトルを の 接ベクトルに写します 。また、 接バンドル のレベルでは 、プッシュフォワードは ベクトルバンドル準同型 です。 プッシュフォワードの双対は プルバック で、上の共ベクトルを 上の共ベクトルに 、 - 形式を -形式に 「引き戻す」ものです 。 このように、多様体間の滑らかな関数は、 ベクトル場 や 微分形式 などの ローカル データ を、ある多様体から別の多様体へ、または 積分 などの計算がよく理解されているユークリッド空間へ転送できます。 F : M → N {\displaystyle F:M\to N} p {\displaystyle p} F ( p ) {\displaystyle F(p)} F ∗ , p : T p M → T F ( p ) N , {\displaystyle F_{*,p}:T_{p}M\to T_{F(p)}N,} F ∗ : T M → T N . {\displaystyle F_{*}:TM\to TN.} N {\displaystyle N} M , {\displaystyle M,} k {\displaystyle k} k {\displaystyle k} F ∗ : Ω k ( N ) → Ω k ( M ) . {\displaystyle F^{*}:\Omega ^{k}(N)\to \Omega ^{k}(M).}
滑らかな関数に沿った逆像とプッシュフォワードは、一般に、追加の仮定がなければ多様体ではない。正則点の逆像(つまり、逆像上で微分が零にならない場合)は多様体である。これは 逆像定理 である。同様に、埋め込みに沿ったプッシュフォワードも多様体である。 [10]
多様体の部分集合間の滑らかな関数 多様体の任意の部分集合に対しては、対応する滑らかな写像 の概念が存在する 。が、 その 定義 域 と 値域 が それぞれ多様体の部分集合とである関数である 場合 、すべてのに対してとなる 開集合と、すべてのに対してとなる滑らかな関数が存在する とき 、 は 滑らか で あると言われる 。 f : X → Y {\displaystyle f:X\to Y} X ⊆ M {\displaystyle X\subseteq M} Y ⊆ N {\displaystyle Y\subseteq N} f {\displaystyle f} x ∈ X {\displaystyle x\in X} U ⊆ M {\displaystyle U\subseteq M} x ∈ U {\displaystyle x\in U} F : U → N {\displaystyle F:U\to N} F ( p ) = f ( p ) {\displaystyle F(p)=f(p)} p ∈ U ∩ X . {\displaystyle p\in U\cap X.}
参照 不連続性 – 不連続点の数学的解析 Pages displaying short descriptions of redirect targets アダマールの補題 – 定理 Pages displaying short descriptions with no spaces 非解析的滑らかな関数 – 滑らかだが解析的ではない数学関数 準解析関数 特異点(数学) – 数学的対象が不規則に振る舞う点 曲線度 - 波状関数上の2点間の弧の長さと直線距離の比 滑らかなスキーム - 特異点のないスキーム、滑らかな多様体を一般化する Pages displaying short descriptions of redirect targets 滑らかな数 - 小さな素因数のみを持つ整数(数論) 平滑化 – データに近似関数を当てはめる スプライン – 多項式によって区分的に定義される数学関数 ソボレフマッピング
参考文献
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ドメインとコドメインによる型 クラス/プロパティ 建設 一般化