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清华笔记:计算共形几何讲义 (6)上同调的霍奇理论1
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2022-08-04
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1. 计算 2. 计算 3. 求解离散泊松方程, 4. 调和形式的基底为
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图1. 曲面调和1-形式群的基底。
在几何应用中,很多时候我们需要在一类对象中选择一个代表元。在最为理想的情况下,代表元
是唯一的。比如我们考察曲面的同伦群,每一个同伦类中有无穷多条闭合曲线,我们可以选择最
短的测地线。如果曲面的曲率处处为负,则每一个同伦类中有唯一的一条测地线。但是,如果曲
面配有一般的度量,同伦类中的测地线可能有多条。de Rham上同调群中的调和形式就像测地线
一样,成为同一上同调类的唯一代表。
从更高的观点来看,调和形式是流形上椭圆型偏微分方程的解,其解空间的维数(同调
群的维数)由流形的拓扑所决定。这正是指标定理的精髓。指标定理联结了分析(偏微
分方程)和拓扑(上同调群)。
物
理
解
释
曲面上所有无旋无散矢量场成群,此群和曲面的上同调群同构,这就是所谓的霍奇(Hodge)理
论。
图2. 平面区域上的电场。
曲面上的无旋无散场(旋度为0,散度为0的场)的现实世界模型就是静电场,也可以理解为曲面
上光滑得无法再光滑的矢量场。详细解释,请参考【2】。
平面静电场 如图2所示,假设 是平面区域,具有边界
其中 是外边界, 是内边界。我们在 上设置电场,电势函数为 ,电势在
上为0,在 上为1。带电粒子在电场中的每一点都受到电场力,带电粒子在电场中的
自由运动轨迹是蓝色轨道,被称为是电力线。图中红色轨道是等势线。平面区域 上的电场强度是
平面上的光滑矢量场, ,分量表示
假设 是平面区域上的一条路径,带电粒子沿着路径移动,电场对于粒子做功,总功为
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申增浩
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