Главная » Просмотр файлов » 1610912322-b551b095a53deaf3d3fbd1ed05ae9b84

1610912322-b551b095a53deaf3d3fbd1ed05ae9b84 (824701), страница 98

Файл №824701 1610912322-b551b095a53deaf3d3fbd1ed05ae9b84 (Зорич 2-е издание (на английском)) 98 страница1610912322-b551b095a53deaf3d3fbd1ed05ae9b84 (824701) страница 982021-01-17СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 98)

For example, supposeFy (x, y) = 0.Let us try to choose coordinates ξ, η so that in these coordinates a closed intervalof a coordinate line, for example, the line η = 0, corresponds to an arc of this curve.We setξ = x − x0 ,The Jacobi matrix1Fxη = F (x, y).0Fy(x, y)of this transformation has as its determinant the number Fy (x, y), which by assumption is nonzero at (x0 , y0 ). Then by Theorem 1, this mapping is a diffeomorphism ofa neighborhood of (x0 , y0 ) onto a neighborhood of the point (ξ, η) = (0, 0). Hence,inside this neighborhood, the numbers ξ and η can be taken as new coordinates ofpoints lying in a neighborhood of (x0 , y0 ).

In the new coordinates, the curve obviously has the equation η = 0, and in this sense we have indeed achieved a localrectification of it (see Fig. 8.7).8.6 Some Corollaries of the Implicit Function Theorem503Fig. 8.7Fig. 8.88.6.2 Local Reduction of a Smooth Mapping to Canonical FormIn this subsection we shall consider only one question of this type. To be specific, weshall exhibit a canonical form to which one can locally reduce any smooth mappingof constant rank by means of a suitable choice of coordinates.We recall that the rank of a mapping f : U → Rn of a domain U ⊂ Rm at a pointx ∈ U is the rank of the linear transformation tangent to it at the point, that is, therank of the matrix f (x).

The rank of a mapping at a point is usually denoted rankf (x).Theorem 2 (The rank theorem) Let f : U → Rn be a mapping defined in a neighborhood U ⊂ Rm of a point x0 ∈ Rm . If f ∈ C (p) (U ; Rn ), p ≥ 1, and the mappingf has the same rank k at every point x ∈ U , then there exist neighborhoods O(x0 )of x0 and O(y0 ) of y0 = f (x0 ) and diffeomorphisms u = ϕ(x), v = ψ(y) of thoseneighborhoods, of class C (p) , such that the mapping v = ψ ◦ f ◦ ϕ −1 (u) has thecoordinate representation 1 u , .

. . , uk , . . . , um = u → v = v 1 , . . . , v n = u1 , . . . , uk , 0, . . . , 0(8.119)in the neighborhood O(u0 ) = ϕ(O(x0 )) of u0 = ϕ(x0 ).In other words, the theorem asserts (see Fig. 8.8) that one can choose coordinates(u1 , . . . , um ) in place of (x 1 , . . . , x m ) and (v 1 , . . . , v n ) in place of (y 1 , . . .

, y n ) in5048 Differential Calculus in Several Variablessuch a way that locally the mapping has the form (8.119) in the new coordinates,that is, the canonical form for a linear transformation of rank k.Proof We write the coordinate representationy1 = f 1 x1, . . . , xm ,...yk = f k x1, . . . , xm ,y k+1 = f k+1 x 1 , . . . , x m ,...ny = f n x1, . . . , xm(8.120)of the mapping f : U → Rny , which is defined in a neighborhood of the pointx0 ∈ R mx .

In order to avoid relabeling the coordinates and the neighborhood U , weshall assume that at every point x ∈ U , the principal minor of order k in the upperleft corner of the matrix f (x) is nonzero.Let us consider the mapping defined in a neighborhood U of x0 by the equalitiesu1 = ϕ 1 x 1 , .

. . , x m = f 1 x 1 , . . . , x m ,...uk = ϕ k x 1 , . . . , x m = f k x 1 , . . . , x m ,uk+1 = ϕ k+1 x 1 , . . . , x m = x k+1 ,...mu = ϕm x1, . . . , xm = xm.The Jacobi matrix of this mapping has the form⎛∂f 1∂x 1⎜⎜ .⎜ .⎜ .⎜⎜ ∂f k⎜⎜ ∂x 1⎜ .⎜ .⎜ .⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎝···...∂f 1∂x k···...∂f k∂x k0...........................∂f 1∂x k+1...∂f k∂x k+1...···...···...1..0and by assumption its determinant is nonzero in U ..∂f 1∂x m⎞⎟..

⎟⎟. ⎟⎟⎟∂f k ⎟∂x m ⎟.. ⎟⎟,. ⎟⎟⎟0 ⎟⎟⎟⎟⎠1(8.121)8.6 Some Corollaries of the Implicit Function Theorem505By the inverse function theorem, the mapping u = ϕ(x) is a diffeomorphismof smoothness p of some neighborhood Õ(x0 ) ⊂ U of x0 onto a neighborhoodÕ(u0 ) = ϕ(Õ(x0 )) of u0 = ϕ(x0 ).Comparing relations (8.120) and (8.121), we see that the composite function g =f ◦ ϕ −1 : Õ(u0 ) → Rny has the coordinate representationy 1 = f 1 ◦ ϕ −1 u1 , . . . , um = u1 ,...ky = f k ◦ ϕ −1 u1 , . . .

, um = uk ,y k+1 = f k+1 ◦ ϕ −1 u1 , . . . , um = g k+1 u1 , . . . , um ,...y n = f n ◦ ϕ −1 u1 , . . . , um = g n u1 , . . . , um .(8.122)Since the mapping ϕ −1 : Õ(u0 ) → Õ(x0 ) has maximal rank m at each point u ∈Õ(u0 ), and the mapping f : Õ(x0 ) → Rny has rank k at every point x ∈ Õ(x0 ), it follows, as is known from linear algebra, that the matrix g (u) = f (ϕ −1 (u))(ϕ −1 ) (u)has rank k at every point u ∈ Õ(u0 ).Direct computation of the Jacobi matrix of the mapping (8.122) yields⎧⎪⎪⎪1⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪0⎪⎪⎪⎪⎪..⎪⎪.⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪∂g k+1⎪⎪⎪∂u1⎪⎪⎪⎪ ..⎪⎪.⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩ ∂g n∂u10......1...···...∂g k+1∂uk···∂g n∂uk..............................0.....∂g k+1∂uk+1....···...∂g n∂uk+1···j...⎫⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎪⎪⎪∂g k+1 ⎪⎪⎪m∂u ⎪⎪⎪..

⎪⎪⎪. ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪n∂g ⎪⎭.∂umHence at each point u ∈ Õ(u0 ) we obtain ∂g(u) = 0 for i = k + 1, . . . , m;∂uij = k + 1, . . . , n. Assuming that the neighborhood Õ(u0 ) is convex (which canbe achieved by shrinking Õ(u0 ) to a ball with center at u0 , for example), we canconclude from this that the functions g j , j = k + 1, . . . , n, really are independent ofthe variables uk+1 , . . .

, um .5068 Differential Calculus in Several VariablesAfter this decisive observation, we can rewrite the mapping (8.122) asy 1 = u1 ,...y k = uk ,y k+1 = g k+1 u1 , . . . , uk ,...ny = g n u1 , . . . , uk .(8.123)At this point we can exhibit the mapping ψ . We setv 1 = y 1 =: ψ 1 (y),...v k = y k =: ψ k (y),v k+1 = y k+1 − g k+1 y 1 , . . .

, y k =: ψ k+1 (y),...nnn1kv = y − g y , . . . , y =: ψ n (y).(8.124)It is clear from the construction of the functions g j (j = k + 1, . . . , n) that themapping ψ is defined in a neighborhood of y0 and belongs to class C (p) in thatneighborhood.The Jacobi matrix of the mapping (8.124) has the form⎧⎫..⎪⎪⎪⎪10.⎪⎪⎪⎪⎪⎪.⎪⎪..⎪⎪.⎪⎪..0⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪.⎪⎪.⎪⎪01.⎪⎪⎪⎪⎪ .⎪⎪⎪....⎪⎪.....⎪⎪....⎪ .⎪⎪⎪⎨⎬....⎪⎪⎪⎪.k+1k+1⎪⎪..

1⎪⎪⎪− ∂g∂y 1· · · − ∂g∂y k0⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪.....⎪⎪.....⎪⎪..⎪⎪...⎪⎪⎪⎪⎪⎪.⎪⎪⎪⎪..⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪.⎩ ∂g n⎭∂g n.− ∂y 1· · · − ∂y k. 01Its determinant equals 1, and so by Theorem 1 the mapping ψ is a diffeomorphism of smoothness p of some neighborhood Õ(y0 ) of y0 ∈ Rny onto a neighborhood Õ(v0 ) = ψ(Õ(y0 )) of v0 ∈ Rnv .Comparing relations (8.123) and (8.124), we see that in a neighborhood O(u0 ) ⊂Õ(u0 ) of u0 so small that g(O(u0 )) ⊂ Õ(y0 ), the mapping ψ ◦ f ◦ ϕ −1 : O(u0 ) →8.6 Some Corollaries of the Implicit Function Theorem507Rny is a mapping of smoothness p from this neighborhood onto some neighborhoodO(v0 ) ⊂ Õ(v0 ) of v0 ∈ Rnv and that it has the canonical formv 1 = u1 ,...v k = uk ,v k+1 = 0,...(8.125)v n = 0.Setting ϕ −1 (O(u0 )) = O(x0 ) and ψ −1 (O(v0 )) = O(y0 ), we obtain the neighborhoods of x0 and y0 whose existence is asserted in the theorem.

The proof is nowcomplete.Theorem 2, like Theorem 1, is obviously a local version of the correspondingtheorem from linear algebra.In connection with the proof just given of Theorem 2, we make the followingremarks, which will be useful in what follows.Remark 1 If the rank of the mapping f : U → Rn is n at every point of the originalneighborhood U ⊂ Rm , then the point y0 = f (x0 ), where x0 ∈ U , is an interior pointof f (U ), that is, f (U ) contains a neighborhood of this point.Proof Indeed, from what was just proved, the mapping ψ ◦ f ◦ ϕ −1 : O(u0 ) →O(v0 ) has the form 1u , .

. . , un , . . . , um = u → v = v 1 , . . . , v n = u1 , . . . , un ,in this case, and so the image of a neighborhood of u0 = ϕ(x0 ) contains some neighborhood of v0 = ψ ◦ f ◦ ϕ −1 (u0 ).But the mappings ϕ : O(x0 ) → O(u0 ) and ψ : O(y0 ) → O(v0 ) are diffeomorphisms, and therefore they map interior points to interior points.

Writing the originalmapping f as f = ψ −1 ◦ (ψ ◦ f ◦ ϕ −1 ) ◦ ϕ, we conclude that y0 = f (x0 ) is an interior point of the image of a neighborhood of x0 .Remark 2 If the rank of the mapping f : U → Rn is k at every point of a neighborhood U and k < n, then, by Eqs. (8.120), (8.124), and (8.125), in some neighborhood of x0 ∈ U ⊂ Rm the following n − k relations hold; (i = k + 1, .

. . , n).f i x 1, . . . , x m = gi f 1 x 1, . . . , x m , . . . , f k x 1, . . . , x m(8.126)These relations are written under the assumption we have made that the principalminor of order k of the matrix f (x0 ) is nonzero, that is, the rank k is realized on theset of functions f 1 , . . . , f k . Otherwise one may relabel the functions f 1 , . . . , f nand again have this situation.5088 Differential Calculus in Several Variables8.6.3 Functional DependenceDefinition 2 A system of continuous functions f i (x) = f i (x 1 , . . . , x m ) (i = 1,.

. . , n) is functionally independent in a neighborhood of a point x0 = (x01 , . . . , x0m )if for any continuous function F (y) = F (y 1 , . . . , y n ) defined in a neighborhood ofy0 = (y01 , . . . , y0n ) = (f 1 (x0 ), . . . , f n (x0 )) = f (x0 ), the relation F f 1 x1, . . . , xm , . . . , f n x1, . . . , xm ≡ 0is possible at all points of a neighborhood of x0 only when F (y 1 , . . . , y n ) ≡ 0 in aneighborhood of y0 .The linear independence studied in algebra is independence with respect to linearrelationsF y 1 , .

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
5,08 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6420
Авторов
на СтудИзбе
307
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее