a110 線形曲率と幾何学的特異点

En résumé (grâce à un LLM libre auto-hébergé)

  • テキストは、曲率が集中する折り目などの幾何学的特異点が表面に存在することを説明しています。
  • 角度の曲率がどのように計算され、バランスが取られるかが説明されています。これにより、球体のトポロジーが維持されます。
  • 地理的三角形やレンズの例は、曲率が表面の性質に与える影響を示しています。

a110

10

逆に、表面には実際の固有特異点が存在する。これらは真の幾何学的特異点である:
(55)

(56)

(57)

などである。

また、折り目は表面の特別な領域であり、線形曲率が集中している。図(57)の左側では負の線形曲率、右側では正の線形曲率がある。

各サブ図では、2つの球面の断片を使用している。全体のオブジェクトは球面と同じ位相を持つため、その全角曲率は$4\pi$である。

左側のオブジェクトが2つの球面の断片から構成され、それぞれに$3\pi$の角曲率があると仮定する:

$$
3\pi + 3\pi = 6\pi
$$

これは多すぎる。したがって、最終的に必要な値$4\pi$を得るために、(負の)線形曲率がそれを相殺しなければならない:

結論として、この折り目には次の負の曲率が含まれる:

$$
-2\pi
$$

この曲率は、折り目の円弧に沿って均等に分布している。

図(57)に戻る。三角形は測地線で構成されているが、テープ(狭いもの)で折り目を通過しても問題ない。三角形の3つの角の和を計算し、予測する方法は知っている。三角形の面積を球面の面積と比較すればよい。曲率の過剰分は:

$$
\text{(58)}
$$

しかし、折り目の部分、つまり弧$mn$に含まれる曲率(正または負)も考慮しなければならない。その値は:

$$
\text{(59)}
$$

図(57)の右側にあるようなレンズが、それぞれ$\pi$の角曲率を含む2つの球面の断片から構成されていると仮定する。この場合、折り目を無視すれば、この2つの球面の断片は$2\pi$の角曲率を持つ。しかし、このレンズは球形の位相を持つため、角曲率の寄与は$2\pi$でなければならない。したがって:

$$
2\pi + 2\pi = 4\pi \quad \text{(球の全曲率)}
$$

この3本の測地線で構成された不思議な三角形の角の和も予測できる。弧$mn$には次の線形角曲率が含まれる:

$$
\text{(60)}
$$

三角形内で折り目に含まれる角曲率の量を測定すると、ユークリッドの和$\pi$からのずれを評価できる。

こうして、表面における曲率の問題は比較的簡単に扱えることがわかる。

表面には錐状の点や折り目の線を持つことができる。これらは固有特異点であり、座標系の選択に起因する人工的な特異点ではない。折り目を滑らかにすると、アーモンドのような形になることに注意する:

$$
\text{(61)}
$$

これは、錐の一点の頂点(集中した角曲率)を滑らかにすることに似ており、オブジェクトが丸みを帯びた錐(角曲率が球面の一部に分布している)になる。

図(61)の上部に示された2つの球面の断片がそれぞれ球の$2/3$を表し、曲率が:

$$
\text{(62)}
$$

「アーモンド」の灰色部分には負の曲率が含まれており、正確には:

$$
\text{(63)}
$$