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Differential-Geometry of Manifolds Vector Fields on Manifolds, guaranteed and verified 100% Pass

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8
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03-01-2025
Escrito en
2024/2025

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Vector Fields on Manifolds
Def. The tangent bundle, 𝑇𝑀 , of a manifold, 𝑀, is defined as:

𝑇𝑀 = ⋃ 𝑇𝑝 𝑀 = {(𝑝, 𝑋)|𝑝 ∈ 𝑀 , 𝑋 ∈ 𝑇𝑝 𝑀}
𝑝∈𝑀


𝑀

𝑇𝑝 𝑀
𝑝




Def. Let 𝜋: 𝑇𝑀 → 𝑀 by 𝜋(𝑝, 𝑋) = 𝑝. A global section, 𝑠, of 𝑇𝑀 is a map
𝑠: 𝑀 → 𝑇𝑀 such that 𝑠 is continuous and 𝜋 ∘ 𝑠 is the identity function on 𝑀.



Def. Let 𝑀 be a differentiable manifold. A global section 𝑠: 𝑀 → 𝑇𝑀 of 𝑇𝑀 is
called a vector field. Thus, a vector field maps each point 𝑝 ∈ 𝑀 into a vector
𝑋(𝑝) ∈ 𝑇𝑝 𝑀 (also written 𝑋𝑝 ).

𝑀


𝑝 𝑋(𝑝)

, 2


Let ⃗Φ
⃗⃗ (𝑥 1 , … , 𝑥 𝑛 ) be a parameterization of a manifold 𝑀. Then for each point
⃗⃗⃗
𝜕Φ ⃗⃗⃗
𝜕Φ
𝑝 ∈ 𝑀, the tangent space 𝑇𝑝 𝑀 has a basis { 1| , … , | }, which we can
𝜕𝑥 𝜕𝑥 𝑛
𝑝 𝑝
𝜕 𝜕
write as {𝜕1 , … , 𝜕𝑛 } or { ,…, }. Thus we can express any vector field on
𝜕𝑥 1 𝜕𝑥 𝑛
𝑀 as:

𝑋𝑝 = 𝑎1 (𝑝)𝜕1 + ⋯ + 𝑎𝑛 (𝑝)𝜕𝑛 ; 𝑝 ∈ 𝑀
𝜕
= ∑𝑛𝑖=1 𝑎𝑖 (𝑝)
𝜕𝑥𝑖

which we can represent in Einstein notation as 𝑋 = 𝑎𝑖 𝜕𝑖 .

Thus we can think of a vector field on 𝑀 as a map, 𝑋, from the set of
continuously differentiable functions on 𝑀, 𝐶 1 (𝑀, ℝ), into 𝐶 1 (𝑀, ℝ) by:

𝜕
𝑋(𝑓)(𝑝) = ∑𝑛𝑖=1 𝑎𝑖 (𝑝) (𝑓)(𝑝).
𝜕𝑥 𝑖



Ex. Let 𝑥 1 , 𝑥 2 be local coordinates on the manifold, 𝑀, parameterized by
⃗Φ
⃗⃗ (𝑥 1 , 𝑥 2 ) = (𝑥 1 , 𝑥 2 , (𝑥 1 )2 + (𝑥 2 )2 ).
Suppose 𝑓 ∈ 𝐶 1 (𝑀, ℝ) is given by
𝑓 (𝑥 1 , 𝑥 2 , (𝑥 1 )2 + (𝑥 2 )2 ) = ((𝑥 1 )2 + (𝑥 2 )2 )2 + (𝑥 1 )(𝑥 2 ).
Let 𝑋 be a vector field on 𝑀 given by 𝑋 = (𝑥 1 + 𝑥 2 )𝜕1 − 𝑥 2 𝜕2 .
Find 𝑋(𝑓).

𝜕 𝜕
𝑋 (𝑓) = ((𝑥 1 + 𝑥 2 )𝜕1 − 𝑥 2 𝜕2 )(𝑓) = (𝑥 1 + 𝑥 2 ) (𝑓) − 𝑥 2 (𝑓)
𝜕𝑥 1 𝜕𝑥 2

= (𝑥 1 + 𝑥 2 )[2((𝑥 1 )2 + (𝑥 2 )2 )(2𝑥 1 ) + 𝑥 2 ]
−𝑥 2 [2((𝑥 1 )2 + (𝑥 2 )2 )(2𝑥 2 ) + 𝑥 1 ]

= 4((𝑥 1 )2 + (𝑥 2 )2 )(𝑥 1 (𝑥 1 + 𝑥 2 ) − (𝑥 2 )2 ) + (𝑥 2 )2 .

Escuela, estudio y materia

Institución
Math
Grado
Math

Información del documento

Subido en
3 de enero de 2025
Número de páginas
8
Escrito en
2024/2025
Tipo
NOTAS DE LECTURA
Profesor(es)
Auroux, denis
Contiene
Todas las clases

Temas

$11.89
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