数学百科

莫尔斯函数

2023-06-29

英文

Morse function

简介

微分拓扑学的一个重要函数.微分流形M到R的函数,其临界点都是非退化的.设M是n维微分流形,f:M→R为C函数,p∈M是f的临界点,(U,φ)是M的含p的卡,坐标函数为(x1,x2,…,xn),则

p=0 (i=1,2,…,n),

Hf(p)=n×n

称为f关于卡(U,φ)在p处的海赛矩阵.若海赛矩阵Hf(p)非退化,则称p是f的非退化临界点.此时Hf(p)的负特征值个数称为p的指数.临界点p的非退化性及指数与含p的卡的选取无关.

下述著名的莫尔斯引理给出光滑函数f在非退化的临界点邻域的局部性质.设p∈M是C映射f:M→R的指数为r的非退化临界点,则存在M的含p的卡(U,φ),使得φ(p)=0,并且u=(u1,u2,…,un)∈φ(U),

f°φ-1(u)=f(p)-u2i+u2j.

微分流形M上的光滑函数f:M→R,若f所有的临界点都是非退化的,则称为莫尔斯函数.由莫尔斯引理知,当M是紧致流形时,M上的莫尔斯函数仅有有限个临界点.对于任意微分流形M,M上的全体莫尔斯函数的集合在Cs(M,R)中是开的稠密子集.由于M上的莫尔斯函数与M的拓扑性质有密切关系,所以莫尔斯函数是一类有重要意义的函数,它的性质有着广泛应用,例如,黎泊定理、紧致曲面的拓扑分类等都用到它.