книги из ГПНТБ / Хатипов А.Э.-А. Курс проективной геометрии пространств с распадающимся абсолютом учеб. пособие
.pdf- 99 -
Установленное соответствие не взаимно однозначно, так как двум коллинеарным векторам оно относит одинаковые нор мальные точки и нормальные плоскосги.ІІо если будем говорить,
что векторы, 'коллинеарные данному, определяют |
в многообразии |
||||||||||||||||
и |
1, |
и.1 |
(на |
поверхности) |
направление |
(§ 16), |
то можно |
будет |
|
||||||||
утверждать, |
что для |
данной точки многообразия |
і*/ ,« -1 |
(по |
|
||||||||||||
верхности) |
|
формулы (і,2 7 ) |
и (2,27) устанавливают взаимно |
|
|||||||||||||
однозначное |
соответствие между направлениями многообразия |
I |
|||||||||||||||
и'9и.1 |
(поверхности) |
и нормальными точками и нормальными |
|||||||||||||||
плоскостями. |
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Если нормальная |
точка |
<f l |
соответствующая |
направлению "У , |
|||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||
лежит |
в нормальной плоскости |
(І |
, соответствующей |
направ |
|
||||||||||||
лению |
иг1 |
,то |
Tr' ъг |
|
|
U-j f |
'Ur* |
|
о |
|
|
|
|
||||
|
|
г' u ~f - |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
’ |
|
|
= |
■/ |
|
|
у . |
I |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
или, |
согласно |
(2 ,2 2 ),С /к г-‘Ѵ |
|
|
|
|
|
||||||||||
/3 = о . |
|
точка |
лежала |
|
|||||||||||||
|
|
Таким |
|
образом, |
для |
того,чтобы нормальная |
|
||||||||||
в нормальной плоскости, необходимо и достаточно, чтобы соотзетствующие им направления аналитического многообразия
.(поверхности) |
были сопряжены |
(§ 22). В частности, |
нормаль |
||||
ная |
точка и нормальная |
плоскость, соответствующие, |
одному |
||||
и тому.не направлению, будут инцидентны тогда и только |
|||||||
тогда, когда |
это направление - асимптотическое (§ |
2 2 ). |
|||||
|
Соответствия, устанавливаемые формулами (1,27) и |
||||||
( 2 ,2 7 ) ,.дают |
возможность истолковать параллельное |
пере |
|||||
несение направлений определяемых геометриями І-го и 2-го |
|||||||
рода |
( § 1 6 ) . |
|
|
ѵ ;‘ |
|
' |
в геомет |
рии |
Пусть направление |
|
переносится параллельно |
||||
І-го рода |
5 |
так что |
|
|
(3,27) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Ѵ іг := ъ ѵ 1.
Для нормальной точки, соответствующей этому направлению,
согласно (1,27) |
и (6 ,2 3 ), |
будем |
иметь |
||||
сіѵ |
= |
<7 -fr- |
+ |
ТгР |
V , X |
cL« = |
|
= |
|
': Н |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
- 100 -
или |
<ІіІГК= |
-7^Ѵ К-і- £ X |
+ |
• |
|
( ^ ^ 7 ) |
условие |
||
Обратно, |
если |
cU'1 |
представляется |
в виде |
(4 ,2 7 ), то |
||||
(3,27) параллельного |
перенесения |
направления |
тг1 |
будет |
выпол |
||||
нено. |
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ыы
Три точки Tr, X и определяют нормальную плоскость, инцидентную точке '1~а‘ . Обозначим через VJr>направление, соот ветствующее этой плоскости. Из сказанного выше следует,что для того, чтобы' направление т-‘ переносилось параллельно в беско нечно близкую точку в геометрии І-го рода, необходимо и доста точно, чтобы соответствующая ему нормальная точка смещалась в инцидентной ей нормальной плоскости:
'V Ж « о •
Из инцидентности нормальной точки и нормальной плоскости следует, что соответствующие им направления тг‘ и ъг‘ сопряже
ны.
Можно аналогично получить результат: для того,чтобы направление ^переносилось параллельно в бесконечно близкую
точку в геометрии 2-го роде, необходимо и достаточно, чтобы соответствующая ему нормальная плоскость вращалась около инци дентной ей нормальной точки (соответствующей направлению-^ ) :
7ГЛЖ+ -- о -
Оба результата можно объединить:
Для того,чтобы некоторое направление переносилось парал лельно в геометрии І-го или 2-го рода, необходимо и достаточно сохранение инцидентности нормальной точки и нормальной плоско сти.
Из сказанного следует, что если некоторое направление перекосится параллельно в геометрии 1-го рода, то сопряжен ное ему направление переносится параллельно в геометрии 2-го рода. Другими словами, геометрии І-^о и 2-го рода образуют сопряженную пару, базис которой совпадает с сетью асимптоти-
- IO I |
- |
ческих линий поверхности (§ 16). |
|
.Мы видели,что геометрия |
І-го рода является эквиаффинкой |
(§ 2 4 ). Но извести? (§ 16), |
что гетмеоия, сопряженная данной |
эквиаффинной геометрии, является эквиеффикной геометрией, если тензор базиса удовлетворяет условию Пзтерсона-Кодацци ( § 1 6 ) . Так как в данном случае это условие удовлетворено, то при
ходим к заключению, что геометрия 2-го |
рода является эквиаффин |
ной. Отметим, что так как с?;,согласно |
(5 ,2 4 ), определяет в |
геометрии 2-го рода поле абсолютно параллельных векторов, то
сопряженное ему |
направление X : определяет в геометрии вто |
рого рода поле |
абсолютно параллельных отправлений . |
§ 20. Последовательности направлений, поля и сети на поверхности; конгруэнции, связанные с по верхностью; развертывающиеся поверхности ко-
груэнций
Названные вопросы на нормализованных поверхностях рас смотрены Порденом в §§ 7-9 цитированной рабоіы.х) Все ре-
•зулыаты установленные Нордеком в этих параграфах, приме нимы к рассматриваемой нами поверхности (она нормализован*, по Нордену). Поэтому мы, не повторяя эти результаты, ссы
лаемся на §§ 7-9 цитированной работы Вордена.
§ 29. Поверхности с внутренней проективно евхлидовой геометрией
Скоуте5х^иазывает проективно евклидовой такую геомет рию, которая допускает непрерывное отображение своих геоде-*х)
х) Порден А .П . О внутренних геометриях поверхностей проективного пространства; Труды сем. по^вект. и тенз.
анализу, вып.УІ; 1948, §§ 7 -9 , ст р .І8 2 -І9 І»
хх) |
, |
2>t1 |
И |
toe |
L—f a h l . finden, |
,1924, гл .ІУ , § 2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
102 |
- |
|
|
|
|
|
|
з и ч е с к и х |
н а |
п р я м ы е |
е в к л и д о в а |
п р о с т р а н с т в а |
||||||||||
ч |
и с л а |
и з м е |
р е н и й |
) . |
Л л я |
с л у ч а я |
д в у |
х |
|
и з |
м е р е н и |
|||
р |
а к т е р и з у ю щ |
е е |
т а |
к у ю |
г е о м е т р и ю |
и м е |
е |
т |
в |
и д |
||||
|
|
|
|
|
у “ ' |
( % |
|
О , |
|
|
|
|
|
|
где R y - тензор Риччи.
Согласно теореме ^ельтрами,римаковѳ геометрия двух изме рения будет проективно евклидовой геометрией тогда и только тогда, если кривизна основной квадратичной формы
постоянна к
В работе "Обобщенная геометрия двумерного линейчатого
'пространства"хх)корден называет всякое непрерывное многооб разие с заданным в нем эквиаффинным перенесением векторов
пространством |
,если |
|
в нем существует ковектор |
L та |
|||||||
кой, что |
VJ- |
|
|
= 0 . |
|
|
|
|
у. |
|
|
у. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Элемент |
|
|
1 |
называется |
прямой, |
а непре |
|||||
(^ ^ п р о с т р а н с т в а |
Sjt |
||||||||||
рывная |
последовательность |
элементов |
и * ъ & \ и ) |
- семейством |
|||||||
пряных. Точкой на |
данной прямой называется |
вектор |
TrL |
задан |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ный на данном элементе, при условии, что векторы, отличающиеся только скалярным множителем, определяют одну и ту же точку.
Предложенный Норденбм способ геометрической интерпретации пространства аффинной связности (определенного типа) является совершенно новым. Существенное отличие этого способе от обыч ных способов состоит в том,что основной элемент многообра зия считается аналогом не точки, а пряной линии евклидовой . плоскости.
|
Из сказанного о геометрии первого рода, следует,что |
|||||
поверхность .р ассматриваемая как |
непрерывное многообразие |
|||||
х) |
Ü .С. |
,г л . ІУ , формулы |
(14) и |
(19). |
% |
|
хх) |
Норден А .П ., Обобщенная |
геометрия двумерного линейчатого |
||||
|
пространства ; матенатич.сб., |
18(60): I t Москва |
|
1946. |
||
- юз -
элементов і и \ и . 2) .принадлежит к типу пространств ,
причем в данном случае |
в качестве прямой, соответствующей |
|
элементу |
можно взять ее нормаль, второго рода, а в |
|
качестве |
точки - точку |
|
лежащую на нормали 2-го рода и соответствующую вектору і г 1, заданному в іи.\и.) . Поэтому на геометрию первого рода ' распространяются все те результаты, которые устанавливаются Норденон для геометрии пространств .В частности, на по верхности можно установить.так называемую "нормальную" систе му координат.
относительно которой коэффициенты связности принимают вид:
J |
tt - |
- о , |
:-Р. |
(1,29) |
где Р -скалярная |
функция |
двух переменных д , р $ |
|
|
Однако, так как вместо формулы (34) Иордена в данном случав
имеем формулу (6 ,7 3 ), то вместо, |
например, |
его же формулы |
|||||
(41) |
будем иметь формулу |
|
|
|
|
(2,29) |
|
|
|
? - Л |
|
|
|
что |
|
В § 5 цитируемой работы Норден устанавливает, |
|
||||||
Пространство |
будет проективно |
евклидовым |
, если кривизна |
||||
зависит |
только |
от потенциала |
. |
основного |
вектора |
у |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Применяя этот результат к данному случаю, можно сказать,что на поверхностях, внутренние кривизны которых суть функции только
,т .е
K = K L <S),
имеет место проективно-евклидова геометрия, т .е . геометрия, геодезические линии которой отображаются на прямые проектив ной плоскости.
х) Норден А .П ., Там же ,§ 3
- 104 -
Выясним тип этих поверхностей.
С этой целью напишем основные уравнения (2,23) и условия Гаусса (11,26) и Петерсона - Кодѳцци(2,25) в нормальной си стеме координат. Согласно (1,29) и (2 ,2 9 ), получим
|
X* |
« - / С ( |
<i) |
f |
*р |
|
|
|
- І » Х * |
|
|
|
||||||||
|
_ |
|
|
&z*- % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3,29) |
|||
|
*<jp |
|
|
|
Р |
Т*- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
- О/д-Л- , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
= |
|
|
|
= 7+ ( вц k i |
|
|
|
? |
|
|
(4,29) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
= |
К. р |
■ |
k t |
|
= |
— ' . . |
|
|
(5,29) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
^ |
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
'Ър |
|
|
|
|
(6,29) |
||
|
|
|
|
|
~Ър |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
тсу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
так как в нормальной системе координат, согласно |
(2 ,2 4 ), |
|||||||||||||||||||
можно |
считать |
|
|
|
е = 1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, задача сводится-к интегрированию. |
||||||||||||||||||||
Из (6,29) |
имеем |
|
|
***■% ’ |
|
|
|
|
|
(7-29) |
||||||||||
где / |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
некоторая |
функция |
от |
д |
|
и |
р |
. |
|
.Тем |
самым ста |
||||||||||
Будем искать |
} |
как функцию только |
от |
у |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
вится задача отыскал представителя поверхностей, обладающих указанным свойством.
Согласно (7 ,2 9 ), |
имеем |
____ |
• |
9 — |
(8 »29) |
следовательно, линии |
|
суть асимптотические ли |
нии искомой поверхности. Уравнение последней получим, инте грируя третье уравнение группы (3,29):
A K(g).f>+ Ък(9).
Таким образон, искомая поверхность - линейчатая,
- 105 -
причем асимптотические |
линии |
суть ее |
прямолиней |
||||||||||
ные образующие. |
искать |
|
f |
как |
функцию только |
от |
р |
. |
|
||||
Будем теперь |
|
|
|
||||||||||
Согласно |
(7 ,2 9 ), |
(4,29) |
и (5 ,2 9 ), имеемм |
|
(9,29) |
' |
|||||||
|
|
|
С |
= |
- |
|
Dp . |
|
|
||||
|
|
|
/Г-і= |
|
|
|
(10,29) |
|
|||||
|
|
|
ІС |
2 |
|
|
|
. |
|
|
(11,29) |
|
|
Из |
(9,29) следует, |
что |
|
|
|
||||||||
координатные, линии искомой |
|||||||||||||
поверхности образуют сеть сопряженных линий. Из |
(10,29) |
диф |
|||||||||||
ференцированием |
по |
р |
, |
согласно |
(11,29), (7,29) |
и (10,29), |
|||||||
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
два случая: |
|
|
|
|
|
|
|||||
Рассмотрим |
|
|
|
(12,29) |
|
||||||||
1) |
f i |
,5+ / " = о |
; |
f " = 0 , |
|
|
|
||||||
2) |
К ( Ч , > |
РІ +7 |
’ |
|
имеем |
|
« 3 ,2 9 ) |
||||||
В первом |
случае из (12,29) |
|
|
|
|
||||||||
|
|
Jf |
= |
Cp-n.it |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поэтому,согласно |
(7 ,2 9 ), |
|
|
|
|
|
|||||||
і- о •
следовательно, |
линии |
|
-асимптотические. Кроме |
|
■ того, согласно |
(9 ,2 9 ), |
|
, |
|
|
^ |
ёг%~ £,і |
- О . |
|
|
|
|
||
Таким образом, в первом случае имеет развертывающуюся поверхность. Из третьего равенства группы (3,29) получим урав
нения этой |
поверхности: |
|
+ |
|
( |
|
|
|
|
из которых |
SL С 1 |
<£) . |
р |
$ |
Ю , |
линии |
9 = й - к - пря |
||
следует, что асимптотические |
|||||||||
молинейные |
образующие развертывающейся |
поверхности. |
|||||||
Рассматривая второй |
случай, |
|
из (1 3 ,2 9 ), |
в силу ввэави^' |
|||||
симости S’ |
и р , имеем |
|
|
ч |
|
|
|
|
|
|
|
CO Wbt. |
|
|
|
|
|
||
- 106 -
Имея это в виду, из (13,29) получим для определения f c p ) следующее дифференциальное уравнение:
(К-1)?'ч-ГС.г р Л=0 .
Решая это уравнение при помощи подстановки
получим |
h p ) |
|
« ь , |
|
|
|
||
согласно |
(7 ,2 9 ), |
|
« • Г ' |
|
||||
Поэтому, |
|
( И , 29) |
||||||
|
t |
|
ш |
К - |
р |
|
|
|
откуда, |
11 ■ |
|
|
|
||||
согласно (1 0 ,2 9 ), |
|
|
|
|
||||
следовательно, согласно (14,29) |
|
(15,29) |
||||||
|
6„ = р \І К*-К |
■ |
|
|||||
Из ( И , 29) или (15,29) следует,что искомая поверхность |
||||||||
имеет вещественные |
Gcj |
,если |
К~о |
и /С>/ .Найдем ее уравне |
||||
ния. |
|
|
(3,29) |
.согласно (9 ,2 9 ), |
(14,29) и |
|||
Основные уравнения |
||||||||
(15,29), |
принимают вид: |
|
- |
|
|
|||
|
* |
. * ѵ |
- х к + г < к ч с |
|
||||
|
X ч р .-я о у, |
(16,29) |
||||||
|
|
|
|
' .nck |
|
|||
|
|
______ |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
Из второго уравнения следует, что |
(17,29) |
|||||||
откуда |
л к = у |
,( 9 ) |
+ ^ C p j |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(18,29)
107 -
|
Умнокая |
третье |
равенство |
группы |
(16,29) |
н а/Г .^ и |
вы |
|||||||||
читая |
результат из |
первого, получим |
|
|
|
|
|
|||||||||
или, |
|
|
|
* |
|
•= - jC-p * - р - X + К - р &* р р |
|
|
|
|||||||
согласно |
(17,29) |
и |
(18,29), |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
i t f > <-V |
С9) - |
“ |
л- Т \ < - Г ) |
і/ѵ |
+ п -.‘ Р |
\ |
» |
|
||||||
откуда, в силу |
независимости |
!) |
и f |
, имеем |
два |
уравнения |
||||||||||
для |
определения функций |
ѵ * с и з^с/у |
: |
|
|
|
(19,29) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
П Ч ) |
= с . |
|
|
|
|
|
|
|||
где |
С |
- |
|
К - р \ 'і Г > - |
К т - ^ Р ) - \ < О г С , |
|
|
(20,29) |
||||||||
постоянное. Уравнение |
(19,29) |
с постоянными |
коэффи-' |
|||||||||||||
циентами |
имеет |
решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
где |
|
и |
|
|
Ч) = у, Cofc <? -*• JT» |
|
+ C, |
|
|
|
|
|||||
у, |
jf |
- |
произвольные постоянные. |
|
|
|
Эйлера |
|||||||||
|
Уравнение |
(20,29) |
принадлекит |
к типу уравнений |
||||||||||||
и при помощи подстановки |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
приводится |
|
|
|
Р = е |
|
|
коэффициентами: |
|
||||||||
кКуравнению& - 1 Кс &постояннымит р - с - |
|
|||||||||||||||
|
Общее |
решение этого |
уравненияс имеет |
вид: |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
% i |
|
Ч * |
|
|
|
С_____ |
|
|
||
|
|
|
|
7| = л , € |
ч- |
|
|
Ѵ ч - 'У |
» c v ^ ; |
|
||||||
в уравнения (20,29) - вид: |
|
|
||||||||||||||
где ^ |
и |
\ |
|
- |
корни характеристического уравнения |
|
||||||||||
а л , |
и Ä j - |
|
АГгь— д Л Г г — |
|
|
|
|
|
|
|||||||
произвольные постоянные. |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Таким образом, уравнения искомой поверхности, согласно |
|||||||||||||||
(17,29) |
, |
имеют вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
= |
|
|
- |
108 - |
|
|
|
|
|
|
|
(21,19) |
|
|
* |
«с |
|
|
к |
|
(С |
Ч, |
„ |
* |
** |
_ * |
|||
|
к |
у, с«* 91 |
а , |
S i . t g t 'X , jP +*% p |
■*■c/ • |
||||||||||
|
Здесь |
точки |
|
? 54 |
»У*. Уе и |
с,* |
|
можно |
выбрать опре |
||||||
деленным образом. |
точек поверхности имеем |
|
|
|
|||||||||||
|
Для |
координат |
|
|
|
||||||||||
где |
Л ,-- |
|
|
сц^ х ^ х ^ - і . |
|
|
|
|
|
|
|
||||
коэффициенты уравнения абсолюта. Поэтому, согласно |
|||||||||||||||
(21,29) |
, |
должно быть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Qjrt < |
jr,“ c o sy |
|
|
л ^ |
Q +тГ, р г |
+ |
л. |
р*'*. с/*J( |
|
|||||
ИЛИI |
‘ |
|
|
* |
|
|
я |
|
= * |
|
|
||||
+ |
t f s L n q |
|
|
Р%‘ + |
'> * V <4 + |
С*) |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
а-р |
У Л / b-ngüiicft- |
у* y f ^'л*У+- |
+ -2 Ärf'ß |
C ,^C o6 9 + £ G ^ ß c f Ь f t g +■ 2 |
б Ц д у Д х Д СсП й5 /> + |
+ 2 а -/> *Г Аі |
|
+ 5 а«/) уД а //>Ч<''< 9 -f- |
(22.29) |
||||||||||||
л |
|
|
_ |
д ■ > |
|
|
«*• |
у® «t't/ |
|||||||
+ 2 |
a j p |
|
|
р |
г ьс>ід + |
|
р |
■+ |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
+ .? |
|
x j % * |
р ^ ' p^x-t °-*р л і л » |
р * л+ %а «р :л/ ° ' |
+ |
||||||||||
+ 2 а о./» |
|
С,'4/’ 1*- ^ |
Дв/3 |
с / с / = 1 • |
|
|
|
||||||||
Потребуем, |
чтобы |
|
|
|
|
« S cosq +O y £ y£ i:n 4 -i:G*tt |
|||||||||
а |
« 7 » |
У * у / |
’ |
с о Ь 1 * ! |
+ |
|
у “ |
У ^ б - ' л |
|||||||
■ лш |
|
|
У'/ |
CcS |
Уч- % CL*! |
уя ^tft§coS<¥-+ß^3 |
|
. |
|||||||
Отсюда |
|
|
|
|
3 |
|
|
||||||||
имеем . |
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0 . |
|
ы |
||||
|
|
|
.•< £ |
|
а */з У*. УI |
* |
|
а *у» У •‘Ѵ / |
|
|
°» |
||||
Яз |
|
|
*Г у /*- |
|
|
|
и у а |
||||||||
|
последнего |
равенства |
следует, |
что точки |
у, |
||||||||||
сопряжены |
относительно абсолвта. |
|
|
|
|
|
|||||||||
Из (22,29), кроме того, имеем |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
й^/j * Г е ,л*-о |
, |
|
t ? c? z ° ’ |
|
|
|
||||||
|
|
|
а м/1-> 7 с/ -о |
, |
a jf lx ^ c , = 0 , |
(23,29) |
|||||||||
a^ p c!‘ ci = . o >
