“是光滑同痕。同痕延拓定理断言,存在环境同痕 $H t:N\to N$,满足”
形式陈述 ​
设
称为从
若存在光滑族
同痕可逆:用
本条不强迫
直觉
同伦允许橡皮膜压扁、穿透自身再展开;同痕则像一段不能撕裂、粘合或自穿的连续电影。每一帧都必须仍是嵌入,所以局部维数和全局点的身份始终保留。参数方向本身不要求成为环境中的新空间方向,它只记录嵌入怎样随时间变化。
环境同痕更强:不是只移动子流形,还同时拖动整个环境。对紧子流形,延拓定理常把两种观点连接起来,这正说明纽结类型为何在嵌入同痕中保持不变。若源非紧且运动在无穷远处失控,这种延拓可能不完整,二者差别便不可忽略。
同痕与刚性运动也不同。弯曲、伸缩和局部扭转都允许,只要每一帧仍为嵌入;长度、曲率等几何量可以改变,而结型、补空间的基本拓扑不会经环境同痕突然改变。
例子与边界
单位圆到椭圆的变形可写为
两个半轴在整个区间都为正。若
也从不为零。因此每帧都是圆周嵌入,这是一条可直接核验的同痕。
若改成
更深的边界来自纽结。任意两个映射
对非紧源,逐帧良好不等于运动有统一紧支撑。例如直线整体平移当然由环境平移实现,却不可能由一个固定紧集内支撑的环境同痕实现;若定理版本要求紧支撑,就必须把这一限制写明。
推论与应用
同痕保持嵌入像的微分拓扑类型,并在可延拓时保持补空间、法丛及结型。对一族闭曲线,它允许用电影方式研究交点为何不能凭空穿越;对高维子流形,它是定义稳定嵌入分类、手术与配边中变形步骤的基本关系。
给定同痕
由于
同痕还可附加“相对某子集固定”的条件。若
参考资料
- Morris W. Hirsch, Differential Topology, Springer, 1976, Ch. 8, isotopies and isotopy extension.
- John M. Lee, Introduction to Smooth Manifolds, 2nd ed., Springer, 2013, Ch. 9, time-dependent vector fields and flows.
- Victor Guillemin and Alan Pollack, Differential Topology, Prentice-Hall, 1974, Chs. 1–2, embeddings, isotopies, and general position.