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微分可能多様体上の測地線 📂幾何学

微分可能多様体上の測地線

定義1

微分多様体 MM 上の曲線 γ:IM\gamma : I \to Mに対して、点 t0It_{0} \in IDdt(dγdt)=0\dfrac{D}{dt}\left( \dfrac{d \gamma}{d t} \right) = 0ならば、γ\gammat0t_{0}で測地線と言う。もし全ての点 tIt \in Iに対して、γ\gammattで測地線ならば、γ\gamma測地線geodesicと言う。

もし [a,b]I[a,b] \subset Iで、γ:IM\gamma : I \to Mが測地線ならば、縮小写像 γ[a,b]\gamma|_{[a,b]}γ(a)\gamma (a)から γ(b)\gamma (b)へ繋ぐ測地線セグメントgeodesic segment joining γ(a)\gamma (a) to γ(b)\gamma (b)と言う。

説明

名前を乱用して、γ\gammaのイメージ γ(I)\gamma (I)を測地線とも言う。

次の定理はγ\gammaが測地線である必要十分条件を述べており、R3\mathbb{R}^{3}での微分幾何学から得られる結果と同じである。

定理

γ\gammaが測地線である必要十分条件は以下の通りである。

γ is geodesic.    d2γkdt+Γijkdγidtdγjdtk \gamma \text{ is geodesic.} \iff \dfrac{d^{2} \gamma^{k}}{d t} + \Gamma_{ij}^{k}\dfrac{d \gamma^{i}}{d t} \dfrac{d \gamma^{j}}{d t}\quad \forall k


  1. Manfredo P. Do Carmo, Riemannian Geometry (Eng Edition, 1992), p61-62 ↩︎