ℹ️ Skipped - page is already crawled
| Filter | Status | Condition | Details |
|---|---|---|---|
| HTTP status | PASS | download_http_code = 200 | HTTP 200 |
| Age cutoff | PASS | download_stamp > now() - 6 MONTH | 1.3 months ago |
| History drop | PASS | isNull(history_drop_reason) | No drop reason |
| Spam/ban | PASS | fh_dont_index != 1 AND ml_spam_score = 0 | ml_spam_score=0 |
| Canonical | PASS | meta_canonical IS NULL OR = '' OR = src_unparsed | Not set |
| Property | Value |
|---|---|
| URL | https://bigenc.ru/c/differentsial-naia-forma-8b0c56 |
| Last Crawled | 2026-03-03 09:49:12 (1 month ago) |
| First Indexed | 2023-05-26 20:59:47 (2 years ago) |
| HTTP Status Code | 200 |
| Meta Title | Дифференциальная форма. Большая российская энциклопедия |
| Meta Description | Дифференциа́льная фо́рма, 1) дифференциальная форма степени (-форма на дифференцируемом многообразии ) – раз ковариантное тензорное поле на . Её... |
| Meta Canonical | null |
| Boilerpipe Text | Дифференциа́льная фо́рма,
1) дифференциальная форма степени
p
p
(
p
p
-форма на
дифференцируемом многообразии
M
M
) –
p
p
раз ковариантное тензорное поле на
M
M
. Её можно интерпретировать также как
p
p
-линейное [над алгеброй
F
(
M
)
F(M)
гладких вещественных функций на
M
M
]
отображение
X
(
M
)
p
→
F
(
M
)
\mathscr X(M)^p \to F(M)
, где
X
(
M
)
\mathscr X(M)
есть
F
(
M
)
F(M)
-модуль гладких векторных полей на
M
M
. Формы степени
1
1
называют также пфаффовыми формами. Примером такой формы является
дифференциал
d
f
df
гладкой функции
f
f
на
M
M
, определяемый следующим образом:
(
d
f
)
(
X
)
(df)(X)
,
X
∈
X
(
M
)
X \in \mathscr X(M)
, есть
производная
X
f
Xf
функции
f
f
по направлению поля
X
X
.
Римановы метрики
на многообразии
M
M
служат примерами симметрических дифференциальных форм степени
2
2
. Часто, однако, термин «дифференциальная форма» относят к кососимметрическим, или внешним, дифференциальным формам, имеющим наибольшее число приложений.
Если
(
x
1
,
…
,
x
n
)
(x^1, \dots, x^n)
– локальная система координат в области
U
⊂
M
U\subset M
, то формы
d
x
1
,
…
,
d
x
n
dx^1,\dots,dx^n
составляют базис в кокасательном пространстве
T
x
(
M
)
∗
T_x(M)^*
,
x
∈
U
x\in U
. Поэтому (см. в статье
Внешняя алгебра
) любая внешняя
p
p
-форма
α
\alpha
записывается в
U
U
в виде
α
=
∑
i
1
,
…
,
i
p
a
i
1
,
…
,
i
p
d
x
i
1
∧
⋯
∧
d
x
i
p
,
(1)
\alpha = \sum_{i_1,\dots,i_p} a_{i_1,\dots,i_p} dx^{i_1} \wedge \dots \wedge dx^{i_p}, \tag{1}
где
a
i
1
…
i
p
a_{i_1 \dots i_p}
– функции в
U
U
. В частности,
d
f
=
∂
f
∂
x
i
d
x
i
.
df = \frac{\partial f}{\partial x^i} dx^i.
Пусть
E
p
=
E
p
(
M
)
E^p = E^p(M)
– пространство всех внешних
p
p
-форм класса
C
∞
C^\infty
, причём
E
0
(
M
)
=
F
(
M
)
E^0(M) = F(M)
. Внешнее умножение
α
∧
β
\alpha\wedge\beta
превращает
E
∗
(
M
)
=
∑
p
=
0
n
E
p
(
M
)
E^*(M) = \sum_{p=0}^n E^p(M)
(где
n
=
d
i
m
M
n = {\rm dim}\, M
) в
ассоциативную
градуированную
алгебру над
F
(
M
)
F(M)
, удовлетворяющую условию градуированной коммутативности
α
∧
β
=
(
−
1
)
p
β
∧
α
,
α
∈
E
p
,
β
∈
E
q
.
(2)
\alpha\wedge\beta = (-1)^p \beta\wedge\alpha, \qquad \alpha \in E^p, \quad \beta \in E^q. \tag{2}
Гладкое отображение многообразий
f
:
M
→
N
f:M\to N
порождает
гомоморфизм
f
∗
:
E
∗
(
N
)
→
E
∗
(
M
)
f^*: E^*(N) \to E^*(M)
алгебр над
R
\mathbb R
.
Понятие дифференциала функции обобщается следующим образом. Для всякого
p
≥
0
p\ge 0
существует единственное линейное отображение
d
:
E
p
→
E
p
+
1
d: E^p \to E^{p+1}
(внешний дифференциал), совпадающее при
p
=
0
p=0
с введённым выше дифференциалом и обладающее свойствами:
d
(
α
∧
β
)
=
d
α
∧
β
+
(
−
1
)
p
α
∧
d
β
,
α
∈
E
p
,
β
∈
E
q
,
d
(
d
α
)
=
0.
d (\alpha\wedge\beta) = d\alpha\wedge\beta+(-1)^p \alpha\wedge d\beta, \quad \alpha\in E^p, \quad \beta \in E^q,\quad d(d\alpha)=0.
Внешний дифференциал формы
α
\alpha
, записанной в локальных координатах в виде
(
1
)
(1)
, выражается формулой
d
α
=
∑
i
1
,
…
,
i
p
d
a
i
1
…
i
p
∧
d
x
i
1
∧
⋯
∧
d
x
i
p
.
d\alpha = \sum_{i_1,\dots,i_p} d a_{i_1\dots i_p} \wedge dx^{i_1}\wedge \dots \wedge dx^{i_p}.
Его бескоординатная запись:
d
α
(
X
1
,
…
,
X
p
+
1
)
=
∑
i
=
1
p
+
1
(
−
1
)
i
+
1
X
i
α
(
X
1
,
…
,
X
^
i
,
…
,
X
p
+
1
)
−
−
∑
i
<
j
(
−
1
)
i
+
j
α
(
[
X
i
,
X
j
]
,
X
1
,
…
,
X
^
i
,
…
,
X
^
j
,
…
,
X
p
+
1
)
,
\begin{aligned}
d\alpha(X_1,\dots,X_{p+1}) = \sum_{i=1}^{p+1} (-1)^{i+1} X_i \alpha(X_1, \dots, \hat X_i, \dots, X_{p+1}) - \\ - \sum_{i<j} (-1)^{i+j} \alpha([X_i, X_j], X_1, \dots, \hat X_i, \dots, \hat X_j, \dots, X_{p+1}),
\end{aligned}
где
X
1
,
…
,
X
p
+
1
∈
X
(
M
)
X_1,\dots,X_{p+1}\in \mathscr X(M)
. Оператор взятия
производной Ли
L
X
L_X
,
X
∈
X
(
M
)
X\in \mathscr X(M)
, на дифференциальных формах связан с внешним дифференциалом соотношением
L
X
=
d
∘
i
X
+
i
X
∘
d
,
L_X = d \circ i_X + i_X \circ d,
где
i
X
:
E
p
→
E
p
−
1
i_X: E^p \to E^{p-1}
– оператор внутреннего умножения на
X
X
:
(
i
X
α
)
(
X
1
,
…
,
X
p
−
1
)
=
α
(
X
,
X
1
,
…
,
X
p
−
1
)
,
α
∈
E
p
(
M
)
,
X
1
,
…
,
X
p
−
1
∈
X
(
M
)
.
\begin{aligned}
(i_X \alpha)(X_1, \dots,X_{p-1}) = \alpha(X, X_1, \dots,X_{p-1}), \\ \alpha \in E^p(M), \quad X_1,\dots, X_{p-1} \in \mathscr X(M).
\end{aligned}
Оператор
d
d
превращает
E
∗
(
M
)
E^*(M)
в коцепной комплекс (комплекс де Рама). Коциклы этого комплекса называются замкнутыми формами, кограницы – точными формами. Согласно
теореме де Рама
, алгебра когомологий
H
∗
(
M
)
=
∑
p
=
0
n
H
p
(
M
)
H^*(M) = \sum_{p=0}^n H^p(M)
комплекса де Рама
изоморфна
алгебре
H
∗
(
M
,
R
)
H^*(M, \mathbb R)
вещественных когомологий многообразия
M
M
. В частности,
H
p
(
R
n
)
=
0
H^p(\mathbb R^n) = 0
при
p
>
0
p>0
(лемма Пуанкаре).
С теоремой де Рама тесно связана другая операция – интегрирование дифференциальных форм. Пусть
D
D
– ограниченная область в
R
p
\mathbb R^p
,
s
s
– гладкое отображение
R
p
→
M
\mathbb R^p \to M
, определённое в окрестности замыкания
D
ˉ
\bar D
. Если
α
∈
E
p
(
M
)
\alpha \in E^p(M)
, то
s
∗
α
=
a
d
x
1
∧
⋯
∧
d
x
p
s^* \alpha = a dx^1 \wedge \dots\wedge dx^p
, где
a
a
– гладкая функция в
D
ˉ
\bar D
. Интеграл формы
α
\alpha
по поверхности
s
s
определяется формулой
∫
s
α
=
∫
D
a
(
x
1
,
…
,
x
p
)
d
x
1
…
d
x
p
.
\int_s \alpha = \int_D a(x_1, \dots, x_p) dx^1\dots dx^p.
Если
D
D
имеет кусочно-гладкую границу, то справедлива формула
∫
s
d
α
=
∫
∂
s
α
,
α
∈
E
p
−
1
(
M
)
,
(3)
\int_s d\alpha = \int_{\partial s} \alpha, \quad \alpha \in E^{p-1}(M), \tag{3}
где
∫
∂
s
α
\int_{\partial s} \alpha
определяется как сумма интегралов формы
α
\alpha
по гладким кускам границы, снабжённых естественными параметризациями. Частными случаями этой формулы являются классические формулы Ньютона – Лейбница,
Грина
, Гаусса – Остроградского, Стокса (см. также
Теорема Стокса
). В силу формулы (3) каждая замкнутая
p
p
-форма
α
\alpha
определяет
p
p
-мерный сингулярный коцикл, значение которого на симплексе
s
s
равно
∫
s
α
\int_s \alpha
. Это соответствие как раз и реализует изоморфизм из теоремы де Рама.
Формула (3) была опубликована в 1899 г.
А. Пуанкаре
(
Poincaré. 1987
), который рассматривал внешние формы как подынтегральные выражения для образования интегральных инвариантов. Одновременно
Э. Картан
(см.
Cartan. 1953
) дал близкое к современному определение внешних форм и внешнего дифференциала (вначале на пфаффовых формах), подчеркнув связь своей конструкции с внешней алгеброй.
Наряду с определёнными выше скалярными внешними формами можно рассматривать внешние дифференциальные формы со значениями в
векторном пространстве
V
V
над
R
\mathbb R
. Если
V
V
является алгеброй, то в пространстве
E
(
M
,
V
)
E(M, V)
форм со значениями в
V
V
определено естественное умножение (обобщение внешнего умножения). Если при этом алгебра
V
V
ассоциативна, то и
E
(
M
,
V
)
E(M,V)
ассоциативна; если
V
V
коммутативна, то
E
(
M
,
V
)
E(M,V)
градуированно-коммутативна [формула (2)]; если
V
V
–
алгебра Ли
, то
E
(
M
,
V
)
E(M,V)
–
градуированная алгебра Ли
. Часто рассматривается также следующее, ещё более общее понятие. Пусть
F
F
– гладкое векторное
расслоенное пространство
с базой
M
M
. Если сопоставить каждой точке
x
∈
M
x\in M
кососимметрическую
p
p
-линейную функцию на
T
x
(
M
)
T_x(M)
со значениями в слое
F
x
F_x
расслоения
F
F
, то получится т. н.
F
F
-значная
p
p
-форма.
F
F
-значную
p
p
-форму можно интерпретировать также как
p
p
-линейное [над
F
(
M
)
F(M)
] отображение модуля
X
(
M
)
p
\mathscr X(M)^p
в модуль гладких
сечений расслоения
F
F
. Пространство таких форм обозначается
E
p
(
F
)
E^p(F)
. Если
F
F
задано локально постоянными функциями перехода или, что то же, в
F
F
задана плоская связность, то можно корректно определить комплекс де Рама и обобщить теорему де Рама на этот случай.
Формы со значениями в
касательном расслоении
T
(
M
)
T(M)
называют также векторными дифференциальными формами; векторные
p
p
-формы можно отождествить с
p
p
раз ковариантными и
1
1
раз контравариантными тензорными полями на
M
M
, кососимметричными по ковариантным индексам. С помощью векторных дифференциальных форм описываются дифференцирования алгебры внешних форм
E
(
M
)
E(M)
(
Frölicher. 1956
). Векторные формы (а также их обобщение – струйные формы) находят применение в теории деформаций комплексных и других дифференциально-геометрических структур на многообразиях.
Аналоги дифференциальных форм можно построить также в симплициальной теории. Одна из таких конструкций, восходящая к
X. Уитни
(
Уитни. 1960
), может быть использована для вычисления рациональных
когомологий
симплициального комплекса
K
K
. Кусочно-линейной формой (или
P
L
PL
-формой) на
K
K
называется согласованный набор дифференциальных форм, заданных на симплексах комплекса
K
K
и имеющих в качестве коэффициентов при записи в
барицентрических координатах
многочлены
с рациональными коэффициентами.
P
L
PL
-формы на
K
K
образуют градуированно-коммутативную дифференциальную алгебру
E
P
L
∗
(
K
)
E^*_{PL}(K)
над
Q
\mathbb Q
. Интегрирование форм определяет изоморфизм алгебры когомологий этой алгебры на алгебру
H
∗
(
∣
K
∣
,
Q
)
H^*(|K|, \mathbb Q)
, где
∣
K
∣
|K|
–
полиэдр
, отвечающий комплексу
K
K
. Алгебра
E
P
L
∗
(
K
)
E^*_{PL}(K)
полностью определяет также рациональный
гомотопический тип
(в частности, ранги гомотопических групп) пространства
∣
K
∣
|K|
. Аналогично алгебра
E
∗
(
M
)
E^*(M)
на дифференцируемом многообразии
М
М
определяет его вещественный гомотопический тип (
Вещественная гомотопическая теория ... 1977
).
Исчисление внешних форм на комплексном
аналитическом многообразии
имеет ряд особенностей (
Уэллс. 1976
). В этой ситуации обычно рассматриваются пространства
E
p
(
M
,
C
)
E^p(M, \mathbb C)
комплекснозначных форм или пространства
E
p
(
F
)
E^p(F)
, где
F
F
– голоморфное
векторное расслоение
на
M
M
. Имеет место разложение
E
p
(
M
,
C
)
=
∑
r
+
s
=
p
E
r
,
s
(
M
)
,
E^p(M, \mathbb C) = \sum_{r+s=p} E^{r,s}(M),
где
E
r
,
s
(
M
)
E^{r,s}(M)
– пространство форм типа
(
r
,
s
)
(r,s)
, т. е. форм
α
\alpha
, локально представимых в виде
∑
a
i
1
,
…
,
i
r
,
j
1
,
…
j
s
d
z
i
1
∧
⋯
∧
d
z
i
r
∧
d
z
ˉ
j
1
∧
⋯
∧
d
z
ˉ
j
s
,
\sum a_{i_1,\dots,i_r, j_1, \dots j_s} dz^{i_1}\wedge \dots \wedge dz^{i_r}\wedge d\bar z^{j_1}\wedge \dots \wedge d\bar z^{j_s},
где
(
z
1
,
…
,
z
n
)
(z^1,\dots,z^n)
– локальная аналитическая система координат на
M
M
. Аналогично
E
p
(
F
)
=
∑
r
+
s
=
p
E
r
,
s
(
F
)
.
E^p(F) = \sum_{r+s=p} E^{r,s} (F).
Далее,
d
=
d
′
+
d
′
′
d=d'+d''
, где
d
:
E
r
,
s
(
M
)
→
E
r
+
1
,
s
(
M
)
,
d
′
′
:
E
r
,
s
(
M
)
→
E
r
,
s
+
1
(
M
)
.
d: E^{r,s}(M)\to E^{r+1,s}(M),\quad d'': E^{r,s}(M)\to E^{r,s+1}(M).
При этом
d
′
2
=
d
′
′
2
=
0
d'^2 = d''^2 = 0
, так что
d
′
d'
и
d
′
′
d''
определяют коцепные комплексы. Наиболее известен комплекс оператора
d
′
′
d''
(комплекс Дольбо), когомологии которого обозначаются через
H
r
,
s
(
M
)
H^{r,s}(M)
.
d
′
′
d''
-коциклы типа
(
p
,
0
)
(p,0)
суть
голоморфные
p
p
-формы. Для
d
′
′
d''
справедлива следующая лемма Гротендика: если
α
\alpha
– форма типа
(
r
,
s
)
(r,s)
с
s
>
0
s>0
в окрестности нуля пространства
C
n
\mathbb C^n
и
d
′
′
α
=
0
d''\alpha = 0
, то в меньшей окрестности нуля существует такая форма
β
\beta
типа
(
r
,
s
−
1
)
(r,s-1)
, что
α
=
d
′
′
β
\alpha = d'' \beta
. Комплекс Дольбо можно определить также и для
F
F
-значных форм, где
F
F
– голоморфное векторное расслоение. Это приводит к пространствам когомологий
H
r
,
s
(
F
)
H^{r,s}(F)
. Из леммы Гротендика вытекает следующий изоморфизм:
H
r
,
s
(
F
)
≅
H
s
(
M
,
Ω
r
(
F
)
)
,
H^{r,s}(F) \cong H^s (M, \Omega^r(F)),
где
Ω
r
(
F
)
\Omega^r(F)
– пучок ростков голоморфных
F
F
-значных
r
r
-форм (теорема Дольбо). В частности,
H
r
,
s
(
M
)
≅
H
s
(
M
,
Ω
r
(
M
)
)
,
H^{r,s}(M)\cong H^s(M, \Omega^r(M)),
где
Ω
r
(
M
)
\Omega^r(M)
– пучок ростков голоморфных
r
r
-форм на
M
M
. Существует
спектральная последовательность
с первым членом
∑
r
,
s
H
r
,
s
(
M
)
\sum_{r,s} H^{r, s}(M)
, сходящаяся к
H
∗
(
M
,
C
)
H^*(M, \mathbb C)
.
Эйлерова характеристика
χ
(
M
)
\chi(M)
компактного комплексного многообразия
M
M
выражается через когомологии Дольбо по формуле
χ
(
M
)
=
∑
r
,
s
(
−
1
)
r
+
s
d
i
m
H
r
,
s
(
M
)
.
\chi(M) = \sum_{r,s} (-1)^{r+s} {\rm dim}\ H^{r,s}(M).
Дифференциальные формы являются важной составной частью аппарата дифференциальной геометрии (см.
Стернберг. 1970
,
Картан. 1971
). Они систематически используются также в топологии, теории дифференциальных уравнений, механике, теории комплексных многообразий и функций многих комплексных переменных. Обобщением дифференциальных форм, аналогичным обобщённым функциям, являются
потоки
. Алгебраический аналог теории дифференциальных форм (см. в статье
Модуль дифференциалов
) позволяет определить дифференциальные формы на
алгебраических многообразиях
и на
аналитических пространствах
(см.
Дифференциальное исчисление
на аналитических пространствах,
Когомологии де Рама
,
Дифференциал на римановой поверхности
,
Гармоническая форма
,
Голоморфная форма
,
Оператор Лапласа)
.
2) Дифференциальная форма на алгебраическом многообразии, аналог понятия дифференциальной формы на дифференцируемом многообразии. Пусть
X
X
– неприводимое алгебраическое многообразие размерности
d
d
над
алгебраически замкнутым полем
k
k
,
K
K
– его поле
рациональных функций
. Дифференциальной формой степени
r
r
на
X
X
называется элемент
K
K
-пространства
Ω
r
(
X
)
=
∧
r
Ω
K
/
k
1
,
\Omega^r(X) = \overset{r}{\wedge} \Omega^1_{K/k},
где
Ω
K
/
k
\Omega_{K/k}
– модуль дифференциалов поля
K
K
над полем
k
k
. Если
x
1
,
…
,
x
d
x_1, \dots, x_d
– сепарабельный базис трансцендентности расширения
K
/
k
K/k
, то каждая дифференциальная форма
ω
∈
Ω
r
(
X
)
\omega \in \Omega^r(X)
записывается в виде
ω
=
∑
a
i
1
…
i
r
d
x
i
1
∧
⋯
∧
d
x
i
r
,
\omega = \sum a_{i_1\dots i_r} dx_{i_1}\wedge \dots \wedge dx_{i_r},
где
a
i
1
…
i
r
∈
K
a_{i_1\dots i_r}\in K
. Дифференциальная форма
ω
\omega
называется регулярной на
открытом множестве
U
⊂
X
U \subset X
, если
ω
\omega
принадлежит подмодулю
Ω
k
[
U
]
/
k
r
\Omega^r_{k[U]/k}
пространства
Ω
r
(
X
)
\Omega^r(X)
, рассматриваемого как
модуль над кольцом
k
[
U
]
k[U]
регулярных функций на подмножестве
U
U
. Дифференциальная форма
ω
\omega
называется регулярной, если любая точка
x
∈
X
x\in X
имеет такую окрестность
U
U
, что
ω
\omega
регулярна на
U
U
. Регулярные дифференциальные формы на
X
X
образуют модуль над
k
[
X
]
k[X]
, обозначаемый
Ω
r
[
X
]
\Omega^r[X]
. Его элементы отождествляются с сечениями пучка
Ω
X
/
k
r
\Omega^r_{X/k}
на многообразии
X
X
. В окрестности любой точки
x
∈
X
x\in X
регулярная дифференциальная форма
ω
∈
Ω
r
[
X
]
\omega\in\Omega^r[X]
записывается в виде
ω
=
∑
α
i
1
…
i
r
d
f
i
1
∧
⋯
∧
d
f
i
r
,
\omega = \sum \alpha_{i_1\dots i_r} df_{i_1}\wedge\dots\wedge df_{i_r},
где функции
a
i
1
…
i
r
,
f
i
1
,
…
,
f
i
r
a_{i_1\dots i_r}, f_{i_1}, \dots, f_{i_r}
регулярны в точке
x
x
. Если
X
X
– полное многообразие, то пространства
Ω
r
[
X
]
\Omega^r[X]
конечномерны, а в случае, когда
X
X
неособое, размерность
p
g
(
X
)
=
d
i
m
k
Ω
d
[
X
]
p_g(X) = {\rm dim}_k \Omega^d[X]
называется
геометрическим родом
многообразия
X
X
. В случае, когда
X
X
– полное многообразие над полем комплексных чисел, пространство
Ω
r
[
X
]
\Omega^r[X]
совпадает с пространством голоморфных дифференциальных форм степени
r
r
на соответствующем аналитическом пространстве
X
a
n
X^{an}
.
Пусть
X
X
– нормальное многообразие и
ω
∈
Ω
d
[
X
]
\omega\in\Omega^d[X]
; для любой точки
x
∈
X
(
1
)
x\in X^{(1)}
коразмерности
1
1
дифференциальная форма
ω
\omega
может быть записана в виде
ω
=
a
d
t
∧
d
t
1
∧
⋯
∧
d
t
d
−
1
,
(
∗
)
\omega = a dt\wedge dt_1\wedge\dots\wedge dt_{d-1}, \tag{$*$}
где
a
a
принадлежит полю частных
K
x
K_x
локального кольца
O
X
,
x
\mathcal O_{X,x}
,
t
t
– образующая его
максимального идеала
,
t
1
,
…
,
t
d
−
1
t_1,\dots,t_{d-1}
– сепарабельный базис трансцендентности над
k
k
поля вычетов кольца
O
X
,
x
\mathcal O_{X, x}
. Значение нормирования на элементе
a
a
, определяемое кольцом
O
X
,
x
\mathcal O_{X, x}
, не зависит от выбора представления
ω
\omega
в виде
(
∗
)
(*)
и обозначается
ν
x
(
ω
)
\nu_x(\omega)
.
Дивизор
D
=
∑
x
∈
X
(
1
)
ν
x
(
ω
)
{
x
ˉ
}
D = \sum_{x\in X^{(1)}} \nu_x(\omega)\{\bar x\}
определён и называется дивизором дифференциальной формы
ω
\omega
. Дифференциальная форма
ω
\omega
регулярна тогда и только тогда, когда её дивизор
D
≥
0
D\ge 0
, т. е.
ν
x
(
ω
)
≥
0
\nu_x(\omega)\ge 0
для всех
x
∈
X
(
1
)
x\in X^{(1)}
. Дивизоры любых двух дифференциальных форм эквивалентны, более того, дивизоры всех дифференциальных форм на данном алгебраическом многообразии образуют класс дивизоров относительно линейной эквивалентности. Этот класс называется каноническим классом многообразия
X
X
и обозначается через
K
X
K_X
. Для неособого многообразия
X
X
класс
K
X
K_X
совпадает с первым классом Чженя обратимого пучка
Ω
X
/
k
d
\Omega^d_{X/k}
, в частности
Ω
X
/
k
d
≃
O
X
(
D
)
\Omega^d_{X/k} \simeq \mathcal O_X(D)
для любого
D
∈
K
X
D \in K_X
.
Для любого доминантного рационального отображения алгебраических многообразий
f
:
X
′
→
X
f: X'\to X
определён канонический гомоморфизм
f
∗
:
Ω
r
(
X
)
→
Ω
r
(
X
′
)
.
f^*: \Omega^r(X)\to \Omega^r(X').
При этом если
X
X
и
X
′
X'
– неособые, а
X
X
– полное, то
f
∗
f^*
переводит регулярные дифференциальные формы в регулярные. В частности, если неособые полные многообразия
X
X
и
X
′
X'
бирационально изоморфны, то векторные пространства
Ω
r
[
X
]
\Omega^r[X]
и
Ω
r
[
X
′
]
\Omega^r[X']
изоморфны над полем
k
k
.
Для любого
i
>
1
i>1
элементы
i
i
–й симметрической степени
S
i
(
Ω
r
(
X
)
)
S^i(\Omega^r(X))
K
K
-пространства
Ω
r
(
X
)
\Omega^r(X)
называются
i
i
-кратными дифференциальными формами степени
r
r
на
X
X
. Каждую такую дифференциальную форму можно рассматривать как рациональное сечение пучка
S
i
(
Ω
X
/
k
r
)
S^i(\Omega^r_{X/k})
. Регулярные сечения
ω
∈
Γ
(
X
,
S
i
(
Ω
X
/
k
r
)
)
\omega \in \Gamma(X, S^i(\Omega^r_{X/k}))
называются регулярными
i
i
-кратными дифференциальными формами степени
r
r
на
X
X
. Для неособого полного многообразия
X
X
размерность
P
i
(
X
)
=
d
i
m
k
Γ
(
X
,
S
i
(
Ω
X
/
k
d
)
)
P_i(X) = {\rm dim}_k \Gamma(X, S^i(\Omega^d_{X/k}))
называется
i
i
-родом многообразия
X
X
. Для бирационально изоморфных многообразий их
i
i
-роды совпадают.
Долгачёв Игорь Владимирович
.
Первая публикация: «Математическая энциклопедия» под ред. И. М. Виноградова, 1979.
Опубликовано
27 февраля 2024 г. в 11:44 (GMT+3).
Последнее обновление
27 февраля 2024 г. в 11:44 (GMT+3). |
| Markdown | Каталог
Каталог
[Стать автором]()
[Войти]() [Войти]()
Статья
Статья
Статья
[Аннотация](https://bigenc.ru/c/differentsial-naia-forma-8b0c56/annotation)
Аннотация
[Аннотация](https://bigenc.ru/c/differentsial-naia-forma-8b0c56/annotation)
[Библиография](https://bigenc.ru/c/differentsial-naia-forma-8b0c56/references)
Библиография
[Библиография](https://bigenc.ru/c/differentsial-naia-forma-8b0c56/references)
[Версии](https://bigenc.ru/c/differentsial-naia-forma-8b0c56/versions)
Версии
[Версии](https://bigenc.ru/c/differentsial-naia-forma-8b0c56/versions)
Информация
Дифференциальная форма
[Термины](https://bigenc.ru/t/terms)Термины
# Дифференциальная форма

Области знаний:
Дифференциальная геометрия и топология
[Термины](https://bigenc.ru/t/terms)Термины
# Дифференциальная форма
**Дифференциа́льная фо́рма,** 1\) дифференциальная форма степени p p p (p p p\-форма на [дифференцируемом многообразии](https://bigenc.ru/c/differentsiruemoe-mnogoobrazie-ca4a5f) M M M) – p p p раз ковариантное тензорное поле на M M M. Её можно интерпретировать также как p p p\-линейное \[над алгеброй F ( M ) F(M) F(M) гладких вещественных функций на M M M\] [отображение](https://bigenc.ru/c/otobrazhenie-f655a8) X ( M ) p → F ( M ) \\mathscr X(M)^p \\to F(M) X(M)p→F(M), где X ( M ) \\mathscr X(M) X(M) есть F ( M ) F(M) F(M)\-модуль гладких векторных полей на M M M. Формы степени 1 1 1 называют также пфаффовыми формами. Примером такой формы является [дифференциал](https://bigenc.ru/c/differentsial-d188dc) d f df df гладкой функции f f f на M M M, определяемый следующим образом: ( d f ) ( X ) (df)(X) (df)(X), X ∈ X ( M ) X \\in \\mathscr X(M) X∈X(M), есть [производная](https://bigenc.ru/c/proizvodnaia-68fd90) X f Xf Xf функции f f f по направлению поля X X X. [Римановы метрики](https://bigenc.ru/c/rimanova-metrika-2d3df3) на многообразии M M M служат примерами симметрических дифференциальных форм степени 2 2 2. Часто, однако, термин «дифференциальная форма» относят к кососимметрическим, или внешним, дифференциальным формам, имеющим наибольшее число приложений.
Если ( x 1 , … , x n ) (x^1, \\dots, x^n) (x1,…,xn) – локальная система координат в области U ⊂ M U\\subset M U⊂M, то формы d x 1 , … , d x n dx^1,\\dots,dx^n dx1,…,dxn составляют базис в кокасательном пространстве T x ( M ) ∗ T\_x(M)^\* Tx(M)∗, x ∈ U x\\in U x∈U. Поэтому (см. в статье [Внешняя алгебра](https://bigenc.ru/c/vneshniaia-algebra-212f74)) любая внешняя p p p\-форма α \\alpha α записывается в U U U в видеα \= ∑ i 1 , … , i p a i 1 , … , i p d x i 1 ∧ ⋯ ∧ d x i p , (1) \\alpha = \\sum\_{i\_1,\\dots,i\_p} a\_{i\_1,\\dots,i\_p} dx^{i\_1} \\wedge \\dots \\wedge dx^{i\_p}, \\tag{1} α\=i1,…,ip∑ai1,…,ipdxi1∧⋯∧dxip,(1)где a i 1 … i p a\_{i\_1 \\dots i\_p} ai1…ip – функции в U U U. В частности,d f \= ∂ f ∂ x i d x i . df = \\frac{\\partial f}{\\partial x^i} dx^i. df\=∂xi∂fdxi.Пусть E p \= E p ( M ) E^p = E^p(M) Ep\=Ep(M) – пространство всех внешних p p p\-форм класса C ∞ C^\\infty C∞, причём E 0 ( M ) \= F ( M ) E^0(M) = F(M) E0(M)\=F(M). Внешнее умножение α ∧ β \\alpha\\wedge\\beta α∧β превращает E ∗ ( M ) \= ∑ p \= 0 n E p ( M ) E^\*(M) = \\sum\_{p=0}^n E^p(M) E∗(M)\=∑p\=0nEp(M) (где n \= d i m M n = {\\rm dim}\\, M n\=dimM) в [ассоциативную](https://bigenc.ru/c/assotsiativnye-kol-tsa-i-algebry-3dd256) [градуированную](https://bigenc.ru/c/graduirovannaia-algebra-94a1fb) алгебру над F ( M ) F(M) F(M), удовлетворяющую условию градуированной коммутативностиα ∧ β \= ( − 1 ) p β ∧ α , α ∈ E p , β ∈ E q . (2) \\alpha\\wedge\\beta = (-1)^p \\beta\\wedge\\alpha, \\qquad \\alpha \\in E^p, \\quad \\beta \\in E^q. \\tag{2} α∧β\=(−1)pβ∧α,α∈Ep,β∈Eq.(2)Гладкое отображение многообразий f : M → N f:M\\to N f:M→N порождает [гомоморфизм](https://bigenc.ru/c/gomomorfizm-5390b8) f ∗ : E ∗ ( N ) → E ∗ ( M ) f^\*: E^\*(N) \\to E^\*(M) f∗:E∗(N)→E∗(M) алгебр над R \\mathbb R R.
Понятие дифференциала функции обобщается следующим образом. Для всякого p ≥ 0 p\\ge 0 p≥0 существует единственное линейное отображение d : E p → E p \+ 1 d: E^p \\to E^{p+1} d:Ep→Ep\+1 (внешний дифференциал), совпадающее при p \= 0 p=0 p\=0 с введённым выше дифференциалом и обладающее свойствами:d ( α ∧ β ) \= d α ∧ β \+ ( − 1 ) p α ∧ d β , α ∈ E p , β ∈ E q , d ( d α ) \= 0\. d (\\alpha\\wedge\\beta) = d\\alpha\\wedge\\beta+(-1)^p \\alpha\\wedge d\\beta, \\quad \\alpha\\in E^p, \\quad \\beta \\in E^q,\\quad d(d\\alpha)=0. d(α∧β)\=dα∧β\+(−1)pα∧dβ,α∈Ep,β∈Eq,d(dα)\=0\.Внешний дифференциал формы α \\alpha α, записанной в локальных координатах в виде ( 1 ) (1) (1), выражается формулойd α \= ∑ i 1 , … , i p d a i 1 … i p ∧ d x i 1 ∧ ⋯ ∧ d x i p . d\\alpha = \\sum\_{i\_1,\\dots,i\_p} d a\_{i\_1\\dots i\_p} \\wedge dx^{i\_1}\\wedge \\dots \\wedge dx^{i\_p}. dα\=i1,…,ip∑dai1…ip∧dxi1∧⋯∧dxip.Его бескоординатная запись:d α ( X 1 , … , X p \+ 1 ) \= ∑ i \= 1 p \+ 1 ( − 1 ) i \+ 1 X i α ( X 1 , … , X ^ i , … , X p \+ 1 ) − − ∑ i \< j ( − 1 ) i \+ j α ( \[ X i , X j \] , X 1 , … , X ^ i , … , X ^ j , … , X p \+ 1 ) , \\begin{aligned} d\\alpha(X\_1,\\dots,X\_{p+1}) = \\sum\_{i=1}^{p+1} (-1)^{i+1} X\_i \\alpha(X\_1, \\dots, \\hat X\_i, \\dots, X\_{p+1}) - \\\\ - \\sum\_{i\<j} (-1)^{i+j} \\alpha(\[X\_i, X\_j\], X\_1, \\dots, \\hat X\_i, \\dots, \\hat X\_j, \\dots, X\_{p+1}), \\end{aligned} dα(X1,…,Xp\+1)\=i\=1∑p\+1(−1)i\+1Xiα(X1,…,X^i,…,Xp\+1)−−i\<j∑(−1)i\+jα(\[Xi,Xj\],X1,…,X^i,…,X^j,…,Xp\+1),где X 1 , … , X p \+ 1 ∈ X ( M ) X\_1,\\dots,X\_{p+1}\\in \\mathscr X(M) X1,…,Xp\+1∈X(M). Оператор взятия [производной Ли](https://bigenc.ru/c/proizvodnaia-li-93e8d4) L X L\_X LX, X ∈ X ( M ) X\\in \\mathscr X(M) X∈X(M), на дифференциальных формах связан с внешним дифференциалом соотношениемL X \= d ∘ i X \+ i X ∘ d , L\_X = d \\circ i\_X + i\_X \\circ d, LX\=d∘iX\+iX∘d,где i X : E p → E p − 1 i\_X: E^p \\to E^{p-1} iX:Ep→Ep−1 – оператор внутреннего умножения на X X X:( i X α ) ( X 1 , … , X p − 1 ) \= α ( X , X 1 , … , X p − 1 ) , α ∈ E p ( M ) , X 1 , … , X p − 1 ∈ X ( M ) . \\begin{aligned} (i\_X \\alpha)(X\_1, \\dots,X\_{p-1}) = \\alpha(X, X\_1, \\dots,X\_{p-1}), \\\\ \\alpha \\in E^p(M), \\quad X\_1,\\dots, X\_{p-1} \\in \\mathscr X(M). \\end{aligned} (iXα)(X1,…,Xp−1)\=α(X,X1,…,Xp−1),α∈Ep(M),X1,…,Xp−1∈X(M).Оператор d d d превращает E ∗ ( M ) E^\*(M) E∗(M) в коцепной комплекс (комплекс де Рама). Коциклы этого комплекса называются замкнутыми формами, кограницы – точными формами. Согласно [теореме де Рама](https://bigenc.ru/c/teorema-de-rama-dc74ac), алгебра когомологийH ∗ ( M ) \= ∑ p \= 0 n H p ( M ) H^\*(M) = \\sum\_{p=0}^n H^p(M) H∗(M)\=p\=0∑nHp(M)комплекса де Рама [изоморфна](https://bigenc.ru/c/izomorfizm-637225) алгебре H ∗ ( M , R ) H^\*(M, \\mathbb R) H∗(M,R) вещественных когомологий многообразия M M M. В частности, H p ( R n ) \= 0 H^p(\\mathbb R^n) = 0 Hp(Rn)\=0 при p \> 0 p\>0 p\>0 (лемма Пуанкаре).
С теоремой де Рама тесно связана другая операция – интегрирование дифференциальных форм. Пусть D D D – ограниченная область в R p \\mathbb R^p Rp, s s s – гладкое отображение R p → M \\mathbb R^p \\to M Rp→M, определённое в окрестности замыкания D ˉ \\bar D Dˉ. Если α ∈ E p ( M ) \\alpha \\in E^p(M) α∈Ep(M), то s ∗ α \= a d x 1 ∧ ⋯ ∧ d x p s^\* \\alpha = a dx^1 \\wedge \\dots\\wedge dx^p s∗α\=adx1∧⋯∧dxp, где a a a – гладкая функция в D ˉ \\bar D Dˉ. Интеграл формы α \\alpha α по поверхности s s s определяется формулой∫ s α \= ∫ D a ( x 1 , … , x p ) d x 1 … d x p . \\int\_s \\alpha = \\int\_D a(x\_1, \\dots, x\_p) dx^1\\dots dx^p. ∫sα\=∫Da(x1,…,xp)dx1…dxp.Если D D D имеет кусочно-гладкую границу, то справедлива формула∫ s d α \= ∫ ∂ s α , α ∈ E p − 1 ( M ) , (3) \\int\_s d\\alpha = \\int\_{\\partial s} \\alpha, \\quad \\alpha \\in E^{p-1}(M), \\tag{3} ∫sdα\=∫∂sα,α∈Ep−1(M),(3)где ∫ ∂ s α \\int\_{\\partial s} \\alpha ∫∂sα определяется как сумма интегралов формы α \\alpha α по гладким кускам границы, снабжённых естественными параметризациями. Частными случаями этой формулы являются классические формулы Ньютона – Лейбница, [Грина](https://bigenc.ru/c/formuly-grina-a47325), Гаусса – Остроградского, Стокса (см. также [Теорема Стокса](https://bigenc.ru/c/teorema-stoksa-ba1e30)). В силу формулы (3) каждая замкнутая p p p\-форма α \\alpha α определяет p p p\-мерный сингулярный коцикл, значение которого на симплексе s s s равно ∫ s α \\int\_s \\alpha ∫sα. Это соответствие как раз и реализует изоморфизм из теоремы де Рама.
Формула (3) была опубликована в 1899 г. [А. Пуанкаре](https://bigenc.ru/c/puankare-anri-9adfed) ([Poincaré. 1987](https://bigenc.ru/b/methodes-nouvelles-de-la-mecanique-celeste-2d745b)), который рассматривал внешние формы как подынтегральные выражения для образования интегральных инвариантов. Одновременно [Э. Картан](https://bigenc.ru/c/kartan-eli-329537) (см. [Cartan. 1953](https://bigenc.ru/b/oeuvres-completes-d6a60b)) дал близкое к современному определение внешних форм и внешнего дифференциала (вначале на пфаффовых формах), подчеркнув связь своей конструкции с внешней алгеброй.
Наряду с определёнными выше скалярными внешними формами можно рассматривать внешние дифференциальные формы со значениями в [векторном пространстве](https://bigenc.ru/c/vektornoe-prostranstvo-22e0fb) V V V над R \\mathbb R R. Если V V V является алгеброй, то в пространстве E ( M , V ) E(M, V) E(M,V) форм со значениями в V V V определено естественное умножение (обобщение внешнего умножения). Если при этом алгебра V V V ассоциативна, то и E ( M , V ) E(M,V) E(M,V) ассоциативна; если V V V коммутативна, то E ( M , V ) E(M,V) E(M,V) градуированно-коммутативна \[формула (2)\]; если V V V – [алгебра Ли](https://bigenc.ru/c/algebra-li-da920e), то E ( M , V ) E(M,V) E(M,V) – [градуированная алгебра Ли](https://bigenc.ru/c/graduirovannaia-algebra-li-8b7297). Часто рассматривается также следующее, ещё более общее понятие. Пусть F F F – гладкое векторное [расслоенное пространство](https://bigenc.ru/c/rassloennoe-prostranstvo-990425) с базой M M M. Если сопоставить каждой точке x ∈ M x\\in M x∈M кососимметрическую p p p\-линейную функцию на T x ( M ) T\_x(M) Tx(M) со значениями в слое F x F\_x Fx расслоения F F F, то получится т. н. F F F\-значная p p p\-форма. F F F\-значную p p p\-форму можно интерпретировать также как p p p\-линейное \[над F ( M ) F(M) F(M)\] отображение модуля X ( M ) p \\mathscr X(M)^p X(M)p в модуль гладких [сечений расслоения](https://bigenc.ru/c/sechenie-rassloeniia-1bf284) F F F. Пространство таких форм обозначается E p ( F ) E^p(F) Ep(F). Если F F F задано локально постоянными функциями перехода или, что то же, в F F F задана плоская связность, то можно корректно определить комплекс де Рама и обобщить теорему де Рама на этот случай.
Формы со значениями в [касательном расслоении](https://bigenc.ru/c/kasatel-noe-rassloenie-34cac2) T ( M ) T(M) T(M) называют также векторными дифференциальными формами; векторные p p p\-формы можно отождествить с p p p раз ковариантными и 1 1 1 раз контравариантными тензорными полями на M M M, кососимметричными по ковариантным индексам. С помощью векторных дифференциальных форм описываются дифференцирования алгебры внешних форм E ( M ) E(M) E(M) ([Frölicher. 1956](https://bigenc.ru/b/theory-ot-vector-valued-differential-forms-ebb00e)). Векторные формы (а также их обобщение – струйные формы) находят применение в теории деформаций комплексных и других дифференциально-геометрических структур на многообразиях.
Аналоги дифференциальных форм можно построить также в симплициальной теории. Одна из таких конструкций, восходящая к [X. Уитни](https://bigenc.ru/c/uitni-khassler-b25f89) ([Уитни. 1960](https://bigenc.ru/b/geometricheskaia-teoriia-inte-9e4851)), может быть использована для вычисления рациональных [когомологий](https://bigenc.ru/c/kogomologii-bb2eed) симплициального комплекса K K K. Кусочно-линейной формой (или P L PL PL\-формой) на K K K называется согласованный набор дифференциальных форм, заданных на симплексах комплекса K K K и имеющих в качестве коэффициентов при записи в [барицентрических координатах](https://bigenc.ru/c/baritsentricheskie-koordinaty-309dd1) [многочлены](https://bigenc.ru/c/mnogochlen-aa52f7) с рациональными коэффициентами. P L PL PL\-формы на K K K образуют градуированно-коммутативную дифференциальную алгебру E P L ∗ ( K ) E^\*\_{PL}(K) EPL∗(K) над Q \\mathbb Q Q. Интегрирование форм определяет изоморфизм алгебры когомологий этой алгебры на алгебру H ∗ ( ∣ K ∣ , Q ) H^\*(\|K\|, \\mathbb Q) H∗(∣K∣,Q), где ∣ K ∣ \|K\| ∣K∣ – [полиэдр](https://bigenc.ru/c/poliedr-3ada16), отвечающий комплексу K K K. Алгебра E P L ∗ ( K ) E^\*\_{PL}(K) EPL∗(K) полностью определяет также рациональный [гомотопический тип](https://bigenc.ru/c/gomotopicheskii-tip-f31463) (в частности, ранги гомотопических групп) пространства ∣ K ∣ \|K\| ∣K∣. Аналогично алгебра E ∗ ( M ) E^\*(M) E∗(M) на дифференцируемом многообразии М М М определяет его вещественный гомотопический тип ([Вещественная гомотопическая теория ... 1977](https://bigenc.ru/b/veshchestvennaia-gomotopichesk-6e8558)).
Исчисление внешних форм на комплексном [аналитическом многообразии](https://bigenc.ru/c/analiticheskoe-mnogoobrazie-da6295) имеет ряд особенностей ([Уэллс. 1976](https://bigenc.ru/b/differentsial-noe-ischislen-21ab9b)). В этой ситуации обычно рассматриваются пространства E p ( M , C ) E^p(M, \\mathbb C) Ep(M,C) комплекснозначных форм или пространства E p ( F ) E^p(F) Ep(F), где F F F – голоморфное [векторное расслоение](https://bigenc.ru/c/vektornoe-rassloenie-8331db) на M M M. Имеет место разложениеE p ( M , C ) \= ∑ r \+ s \= p E r , s ( M ) , E^p(M, \\mathbb C) = \\sum\_{r+s=p} E^{r,s}(M), Ep(M,C)\=r\+s\=p∑Er,s(M),где E r , s ( M ) E^{r,s}(M) Er,s(M) – пространство форм типа ( r , s ) (r,s) (r,s), т. е. форм α \\alpha α, локально представимых в виде∑ a i 1 , … , i r , j 1 , … j s d z i 1 ∧ ⋯ ∧ d z i r ∧ d z ˉ j 1 ∧ ⋯ ∧ d z ˉ j s , \\sum a\_{i\_1,\\dots,i\_r, j\_1, \\dots j\_s} dz^{i\_1}\\wedge \\dots \\wedge dz^{i\_r}\\wedge d\\bar z^{j\_1}\\wedge \\dots \\wedge d\\bar z^{j\_s}, ∑ai1,…,ir,j1,…jsdzi1∧⋯∧dzir∧dzˉj1∧⋯∧dzˉjs,где ( z 1 , … , z n ) (z^1,\\dots,z^n) (z1,…,zn) – локальная аналитическая система координат на M M M. АналогичноE p ( F ) \= ∑ r \+ s \= p E r , s ( F ) . E^p(F) = \\sum\_{r+s=p} E^{r,s} (F). Ep(F)\=r\+s\=p∑Er,s(F).Далее, d \= d ′ \+ d ′ ′ d=d'+d'' d\=d′\+d′′, гдеd : E r , s ( M ) → E r \+ 1 , s ( M ) , d ′ ′ : E r , s ( M ) → E r , s \+ 1 ( M ) . d: E^{r,s}(M)\\to E^{r+1,s}(M),\\quad d'': E^{r,s}(M)\\to E^{r,s+1}(M). d:Er,s(M)→Er\+1,s(M),d′′:Er,s(M)→Er,s\+1(M).При этом d ′ 2 \= d ′ ′ 2 \= 0 d'^2 = d''^2 = 0 d′2\=d′′2\=0, так что d ′ d' d′ и d ′ ′ d'' d′′ определяют коцепные комплексы. Наиболее известен комплекс оператора d ′ ′ d'' d′′ (комплекс Дольбо), когомологии которого обозначаются через H r , s ( M ) H^{r,s}(M) Hr,s(M). d ′ ′ d'' d′′\-коциклы типа ( p , 0 ) (p,0) (p,0) суть [голоморфные](https://bigenc.ru/c/golomorfnaia-forma-d51fab) p p p\-формы. Для d ′ ′ d'' d′′ справедлива следующая лемма Гротендика: если α \\alpha α – форма типа ( r , s ) (r,s) (r,s) с s \> 0 s\>0 s\>0 в окрестности нуля пространства C n \\mathbb C^n Cn и d ′ ′ α \= 0 d''\\alpha = 0 d′′α\=0, то в меньшей окрестности нуля существует такая форма β \\beta β типа ( r , s − 1 ) (r,s-1) (r,s−1), что α \= d ′ ′ β \\alpha = d'' \\beta α\=d′′β. Комплекс Дольбо можно определить также и для F F F\-значных форм, где F F F – голоморфное векторное расслоение. Это приводит к пространствам когомологий H r , s ( F ) H^{r,s}(F) Hr,s(F). Из леммы Гротендика вытекает следующий изоморфизм:H r , s ( F ) ≅ H s ( M , Ω r ( F ) ) , H^{r,s}(F) \\cong H^s (M, \\Omega^r(F)), Hr,s(F)≅Hs(M,Ωr(F)),где Ω r ( F ) \\Omega^r(F) Ωr(F) – пучок ростков голоморфных F F F\-значных r r r\-форм (теорема Дольбо). В частности,H r , s ( M ) ≅ H s ( M , Ω r ( M ) ) , H^{r,s}(M)\\cong H^s(M, \\Omega^r(M)), Hr,s(M)≅Hs(M,Ωr(M)),где Ω r ( M ) \\Omega^r(M) Ωr(M) – пучок ростков голоморфных r r r\-форм на M M M. Существует [спектральная последовательность](https://bigenc.ru/c/spektral-naia-posledovatel-nost-8ad4c4) с первым членом ∑ r , s H r , s ( M ) \\sum\_{r,s} H^{r, s}(M) ∑r,sHr,s(M), сходящаяся к H ∗ ( M , C ) H^\*(M, \\mathbb C) H∗(M,C). [Эйлерова характеристика](https://bigenc.ru/c/eilerova-kharakteristika-3ea20e) χ ( M ) \\chi(M) χ(M) компактного комплексного многообразия M M M выражается через когомологии Дольбо по формулеχ ( M ) \= ∑ r , s ( − 1 ) r \+ s d i m H r , s ( M ) . \\chi(M) = \\sum\_{r,s} (-1)^{r+s} {\\rm dim}\\ H^{r,s}(M). χ(M)\=r,s∑(−1)r\+sdim Hr,s(M).Дифференциальные формы являются важной составной частью аппарата дифференциальной геометрии (см. [Стернберг. 1970](https://bigenc.ru/b/lektsii-po-differentsial-noi-f05ef7), [Картан. 1971](https://bigenc.ru/b/differentsial-noe-ischislen-f1689d)). Они систематически используются также в топологии, теории дифференциальных уравнений, механике, теории комплексных многообразий и функций многих комплексных переменных. Обобщением дифференциальных форм, аналогичным обобщённым функциям, являются [потоки](https://bigenc.ru/c/potok-v-matematike-bae86e). Алгебраический аналог теории дифференциальных форм (см. в статье [Модуль дифференциалов](https://bigenc.ru/c/modul-differentsialov-cd5f8e)) позволяет определить дифференциальные формы на [алгебраических многообразиях](https://bigenc.ru/c/algebraicheskoe-mnogoobrazie-0ce828) и на [аналитических пространствах](https://bigenc.ru/c/analiticheskoe-prostranstvo-3e9bf7) (см. [Дифференциальное исчисление](https://bigenc.ru/c/differentsial-noe-ischislenie-5ba9f4) на аналитических пространствах, [Когомологии де Рама](https://bigenc.ru/c/kogomologii-de-rama-385a15), [Дифференциал на римановой поверхности](https://bigenc.ru/c/differentsial-na-rimanovoi-poverkhnosti-cbb214), [Гармоническая форма](https://bigenc.ru/c/garmonicheskaia-forma-76f7ce), [Голоморфная форма](https://bigenc.ru/c/golomorfnaia-forma-d51fab), [Оператор Лапласа)](https://bigenc.ru/c/operator-laplasa-8b92b1).
2\) Дифференциальная форма на алгебраическом многообразии, аналог понятия дифференциальной формы на дифференцируемом многообразии. Пусть X X X – неприводимое алгебраическое многообразие размерности d d d над [алгебраически замкнутым полем](https://bigenc.ru/c/algebraicheski-zamknutoe-pole-0b653a) k k k, K K K – его поле [рациональных функций](https://bigenc.ru/c/ratsional-naia-funktsiia-510ebc). Дифференциальной формой степени r r r на X X X называется элемент K K K\-пространстваΩ r ( X ) \= ∧ r Ω K / k 1 , \\Omega^r(X) = \\overset{r}{\\wedge} \\Omega^1\_{K/k}, Ωr(X)\=∧rΩK/k1,где Ω K / k \\Omega\_{K/k} ΩK/k – модуль дифференциалов поля K K K над полем k k k. Если x 1 , … , x d x\_1, \\dots, x\_d x1,…,xd – сепарабельный базис трансцендентности расширения K / k K/k K/k, то каждая дифференциальная форма ω ∈ Ω r ( X ) \\omega \\in \\Omega^r(X) ω∈Ωr(X) записывается в видеω \= ∑ a i 1 … i r d x i 1 ∧ ⋯ ∧ d x i r , \\omega = \\sum a\_{i\_1\\dots i\_r} dx\_{i\_1}\\wedge \\dots \\wedge dx\_{i\_r}, ω\=∑ai1…irdxi1∧⋯∧dxir,где a i 1 … i r ∈ K a\_{i\_1\\dots i\_r}\\in K ai1…ir∈K. Дифференциальная форма ω \\omega ω называется регулярной на [открытом множестве](https://bigenc.ru/c/otkrytoe-mnozhestvo-7f6e53) U ⊂ X U \\subset X U⊂X, если ω \\omega ω принадлежит подмодулю Ω k \[ U \] / k r \\Omega^r\_{k\[U\]/k} Ωk\[U\]/kr пространства Ω r ( X ) \\Omega^r(X) Ωr(X), рассматриваемого как [модуль над кольцом](https://bigenc.ru/c/modul-nad-kol-tsom-5f3e16) k \[ U \] k\[U\] k\[U\] регулярных функций на подмножестве U U U. Дифференциальная форма ω \\omega ω называется регулярной, если любая точка x ∈ X x\\in X x∈X имеет такую окрестность U U U, что ω \\omega ω регулярна на U U U. Регулярные дифференциальные формы на X X X образуют модуль над k \[ X \] k\[X\] k\[X\], обозначаемый Ω r \[ X \] \\Omega^r\[X\] Ωr\[X\]. Его элементы отождествляются с сечениями пучка Ω X / k r \\Omega^r\_{X/k} ΩX/kr на многообразии X X X. В окрестности любой точки x ∈ X x\\in X x∈X регулярная дифференциальная форма ω ∈ Ω r \[ X \] \\omega\\in\\Omega^r\[X\] ω∈Ωr\[X\] записывается в видеω \= ∑ α i 1 … i r d f i 1 ∧ ⋯ ∧ d f i r , \\omega = \\sum \\alpha\_{i\_1\\dots i\_r} df\_{i\_1}\\wedge\\dots\\wedge df\_{i\_r}, ω\=∑αi1…irdfi1∧⋯∧dfir,где функции a i 1 … i r , f i 1 , … , f i r a\_{i\_1\\dots i\_r}, f\_{i\_1}, \\dots, f\_{i\_r} ai1…ir,fi1,…,fir регулярны в точке x x x. Если X X X – полное многообразие, то пространства Ω r \[ X \] \\Omega^r\[X\] Ωr\[X\] конечномерны, а в случае, когда X X X неособое, размерность p g ( X ) \= d i m k Ω d \[ X \] p\_g(X) = {\\rm dim}\_k \\Omega^d\[X\] pg(X)\=dimkΩd\[X\] называется [геометрическим родом](https://bigenc.ru/c/geometricheskii-rod-a1db4b) многообразия X X X. В случае, когда X X X – полное многообразие над полем комплексных чисел, пространство Ω r \[ X \] \\Omega^r\[X\] Ωr\[X\] совпадает с пространством голоморфных дифференциальных форм степени r r r на соответствующем аналитическом пространстве X a n X^{an} Xan.
Пусть X X X – нормальное многообразие и ω ∈ Ω d \[ X \] \\omega\\in\\Omega^d\[X\] ω∈Ωd\[X\]; для любой точки x ∈ X ( 1 ) x\\in X^{(1)} x∈X(1) коразмерности 1 1 1 дифференциальная форма ω \\omega ω может быть записана в видеω \= a d t ∧ d t 1 ∧ ⋯ ∧ d t d − 1 , ( ∗ ) \\omega = a dt\\wedge dt\_1\\wedge\\dots\\wedge dt\_{d-1}, \\tag{\$\*\$} ω\=adt∧dt1∧⋯∧dtd−1,(∗)где a a a принадлежит полю частных K x K\_x Kx [локального кольца](https://bigenc.ru/c/lokal-noe-kol-tso-4ed1bc) O X , x \\mathcal O\_{X,x} OX,x, t t t – образующая его [максимального идеала](https://bigenc.ru/c/maksimal-nyi-ideal-f87fd0), t 1 , … , t d − 1 t\_1,\\dots,t\_{d-1} t1,…,td−1 – сепарабельный базис трансцендентности над k k k поля вычетов кольца O X , x \\mathcal O\_{X, x} OX,x. Значение нормирования на элементе a a a, определяемое кольцом O X , x \\mathcal O\_{X, x} OX,x, не зависит от выбора представления ω \\omega ω в виде ( ∗ ) (\*) (∗) и обозначается ν x ( ω ) \\nu\_x(\\omega) νx(ω). [Дивизор](https://bigenc.ru/c/divizor-b54053)D \= ∑ x ∈ X ( 1 ) ν x ( ω ) { x ˉ } D = \\sum\_{x\\in X^{(1)}} \\nu\_x(\\omega)\\{\\bar x\\} D\=x∈X(1)∑νx(ω){xˉ}определён и называется дивизором дифференциальной формы ω \\omega ω. Дифференциальная форма ω \\omega ω регулярна тогда и только тогда, когда её дивизор D ≥ 0 D\\ge 0 D≥0, т. е. ν x ( ω ) ≥ 0 \\nu\_x(\\omega)\\ge 0 νx(ω)≥0 для всех x ∈ X ( 1 ) x\\in X^{(1)} x∈X(1). Дивизоры любых двух дифференциальных форм эквивалентны, более того, дивизоры всех дифференциальных форм на данном алгебраическом многообразии образуют класс дивизоров относительно линейной эквивалентности. Этот класс называется каноническим классом многообразия X X X и обозначается через K X K\_X KX. Для неособого многообразия X X X класс K X K\_X KX совпадает с первым классом Чженя обратимого пучка Ω X / k d \\Omega^d\_{X/k} ΩX/kd, в частностиΩ X / k d ≃ O X ( D ) \\Omega^d\_{X/k} \\simeq \\mathcal O\_X(D) ΩX/kd≃OX(D)для любого D ∈ K X D \\in K\_X D∈KX.
Для любого доминантного рационального отображения алгебраических многообразий f : X ′ → X f: X'\\to X f:X′→X определён канонический гомоморфизмf ∗ : Ω r ( X ) → Ω r ( X ′ ) . f^\*: \\Omega^r(X)\\to \\Omega^r(X'). f∗:Ωr(X)→Ωr(X′).При этом если X X X и X ′ X' X′ – неособые, а X X X – полное, то f ∗ f^\* f∗ переводит регулярные дифференциальные формы в регулярные. В частности, если неособые полные многообразия X X X и X ′ X' X′ бирационально изоморфны, то векторные пространства Ω r \[ X \] \\Omega^r\[X\] Ωr\[X\] и Ω r \[ X ′ \] \\Omega^r\[X'\] Ωr\[X′\] изоморфны над полем k k k.
Для любого i \> 1 i\>1 i\>1 элементы i i i–й симметрической степени S i ( Ω r ( X ) ) S^i(\\Omega^r(X)) Si(Ωr(X)) K K K\-пространства Ω r ( X ) \\Omega^r(X) Ωr(X) называются i i i\-кратными дифференциальными формами степени r r r на X X X. Каждую такую дифференциальную форму можно рассматривать как рациональное сечение пучка S i ( Ω X / k r ) S^i(\\Omega^r\_{X/k}) Si(ΩX/kr). Регулярные сеченияω ∈ Γ ( X , S i ( Ω X / k r ) ) \\omega \\in \\Gamma(X, S^i(\\Omega^r\_{X/k})) ω∈Γ(X,Si(ΩX/kr))называются регулярными i i i\-кратными дифференциальными формами степени r r r на X X X. Для неособого полного многообразия X X X размерность P i ( X ) \= d i m k Γ ( X , S i ( Ω X / k d ) ) P\_i(X) = {\\rm dim}\_k \\Gamma(X, S^i(\\Omega^d\_{X/k})) Pi(X)\=dimkΓ(X,Si(ΩX/kd))называется i i i\-родом многообразия X X X. Для бирационально изоморфных многообразий их i i i\-роды совпадают.
[Онищик Аркадий Львович](https://bigenc.ru/a/a-onischik-d2b908), [Долгачёв Игорь Владимирович](https://bigenc.ru/a/iv-dolgachyov-95afbf). Первая публикация: «Математическая энциклопедия» под ред. И. М. Виноградова, 1979.
Опубликовано 27 февраля 2024 г. в 11:44 (GMT+3). Последнее обновление 27 февраля 2024 г. в 11:44 (GMT+3).
Связаться с редакцией
[\#Алгебраические многообразия](https://bigenc.ru/l/algebraicheskie-mnogoobraziia-df86c1)[\#Производные](https://bigenc.ru/l/proizvodnye-30d4d6)[\#Римановы метрики](https://bigenc.ru/l/rimanovy-metriki-98543b)[\#Ассоциативные кольца и алгебры](https://bigenc.ru/l/assotsiativnye-kol-tsa-i-algebry-b21fc0)[\#Гомоморфизм](https://bigenc.ru/l/gomomorfizm-47e7a2)[\#Алгебры Ли](https://bigenc.ru/l/algebry-li-8e783c)[\#Многочлен](https://bigenc.ru/l/mnogochlen-87bd34)[\#Векторные расслоения](https://bigenc.ru/l/vektornye-rassloeniia-e18fd9)
Информация

Области знаний:
Дифференциальная геометрия и топология
- - [О портале](https://bigenc.ru/p/about-project)
- [Стать автором](https://bigenc.ru/p/author)
- [Партнёры](https://bigenc.ru/p/partners)
- [Правообладателям](https://bigenc.ru/p/copyright-holders)
- [Контакты](https://bigenc.ru/p/contacts)
- [Старая версия сайта](https://old.bigenc.ru/)
- Научно-образовательный портал «Большая российская энциклопедия»
Создан при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации.
Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС77-84198, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 15 ноября 2022 года.
ISSN: 2949-2076
- Учредитель: Автономная некоммерческая организация «Национальный научно-образовательный центр «Большая российская энциклопедия»
Главный редактор: Кравец С. Л.
Телефон редакции: [\+7 (495) 917 90 00](tel:+74959179000)
Эл. почта редакции: [secretar@greatbook.ru](mailto:secretar@greatbook.ru)
- © АНО БРЭ, 2022 — 2026. Все права защищены.
- Условия использования информации.Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.
- Условия использования информации.Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей. |
| Readable Markdown | **Дифференциа́льная фо́рма,** 1\) дифференциальная форма степени p p (p p\-форма на [дифференцируемом многообразии](https://bigenc.ru/c/differentsiruemoe-mnogoobrazie-ca4a5f) M M) – p p раз ковариантное тензорное поле на M M. Её можно интерпретировать также как p p\-линейное \[над алгеброй F ( M ) F(M) гладких вещественных функций на M M\] [отображение](https://bigenc.ru/c/otobrazhenie-f655a8) X ( M ) p → F ( M ) \\mathscr X(M)^p \\to F(M), где X ( M ) \\mathscr X(M) есть F ( M ) F(M)\-модуль гладких векторных полей на M M. Формы степени 1 1 называют также пфаффовыми формами. Примером такой формы является [дифференциал](https://bigenc.ru/c/differentsial-d188dc) d f df гладкой функции f f на M M, определяемый следующим образом: ( d f ) ( X ) (df)(X), X ∈ X ( M ) X \\in \\mathscr X(M), есть [производная](https://bigenc.ru/c/proizvodnaia-68fd90) X f Xf функции f f по направлению поля X X. [Римановы метрики](https://bigenc.ru/c/rimanova-metrika-2d3df3) на многообразии M M служат примерами симметрических дифференциальных форм степени 2 2. Часто, однако, термин «дифференциальная форма» относят к кососимметрическим, или внешним, дифференциальным формам, имеющим наибольшее число приложений.
Если ( x 1 , … , x n ) (x^1, \\dots, x^n) – локальная система координат в области U ⊂ M U\\subset M, то формы d x 1 , … , d x n dx^1,\\dots,dx^n составляют базис в кокасательном пространстве T x ( M ) ∗ T\_x(M)^\*, x ∈ U x\\in U. Поэтому (см. в статье [Внешняя алгебра](https://bigenc.ru/c/vneshniaia-algebra-212f74)) любая внешняя p p\-форма α \\alpha записывается в U U в видеα \= ∑ i 1 , … , i p a i 1 , … , i p d x i 1 ∧ ⋯ ∧ d x i p , (1) \\alpha = \\sum\_{i\_1,\\dots,i\_p} a\_{i\_1,\\dots,i\_p} dx^{i\_1} \\wedge \\dots \\wedge dx^{i\_p}, \\tag{1}где a i 1 … i p a\_{i\_1 \\dots i\_p} – функции в U U. В частности,d f \= ∂ f ∂ x i d x i . df = \\frac{\\partial f}{\\partial x^i} dx^i.Пусть E p \= E p ( M ) E^p = E^p(M) – пространство всех внешних p p\-форм класса C ∞ C^\\infty, причём E 0 ( M ) \= F ( M ) E^0(M) = F(M). Внешнее умножение α ∧ β \\alpha\\wedge\\beta превращает E ∗ ( M ) \= ∑ p \= 0 n E p ( M ) E^\*(M) = \\sum\_{p=0}^n E^p(M) (где n \= d i m M n = {\\rm dim}\\, M) в [ассоциативную](https://bigenc.ru/c/assotsiativnye-kol-tsa-i-algebry-3dd256) [градуированную](https://bigenc.ru/c/graduirovannaia-algebra-94a1fb) алгебру над F ( M ) F(M), удовлетворяющую условию градуированной коммутативностиα ∧ β \= ( − 1 ) p β ∧ α , α ∈ E p , β ∈ E q . (2) \\alpha\\wedge\\beta = (-1)^p \\beta\\wedge\\alpha, \\qquad \\alpha \\in E^p, \\quad \\beta \\in E^q. \\tag{2}Гладкое отображение многообразий f : M → N f:M\\to N порождает [гомоморфизм](https://bigenc.ru/c/gomomorfizm-5390b8) f ∗ : E ∗ ( N ) → E ∗ ( M ) f^\*: E^\*(N) \\to E^\*(M) алгебр над R \\mathbb R.
Понятие дифференциала функции обобщается следующим образом. Для всякого p ≥ 0 p\\ge 0 существует единственное линейное отображение d : E p → E p \+ 1 d: E^p \\to E^{p+1} (внешний дифференциал), совпадающее при p \= 0 p=0 с введённым выше дифференциалом и обладающее свойствами:d ( α ∧ β ) \= d α ∧ β \+ ( − 1 ) p α ∧ d β , α ∈ E p , β ∈ E q , d ( d α ) \= 0\. d (\\alpha\\wedge\\beta) = d\\alpha\\wedge\\beta+(-1)^p \\alpha\\wedge d\\beta, \\quad \\alpha\\in E^p, \\quad \\beta \\in E^q,\\quad d(d\\alpha)=0.Внешний дифференциал формы α \\alpha, записанной в локальных координатах в виде ( 1 ) (1), выражается формулойd α \= ∑ i 1 , … , i p d a i 1 … i p ∧ d x i 1 ∧ ⋯ ∧ d x i p . d\\alpha = \\sum\_{i\_1,\\dots,i\_p} d a\_{i\_1\\dots i\_p} \\wedge dx^{i\_1}\\wedge \\dots \\wedge dx^{i\_p}.Его бескоординатная запись:d α ( X 1 , … , X p \+ 1 ) \= ∑ i \= 1 p \+ 1 ( − 1 ) i \+ 1 X i α ( X 1 , … , X ^ i , … , X p \+ 1 ) − − ∑ i \< j ( − 1 ) i \+ j α ( \[ X i , X j \] , X 1 , … , X ^ i , … , X ^ j , … , X p \+ 1 ) , \\begin{aligned} d\\alpha(X\_1,\\dots,X\_{p+1}) = \\sum\_{i=1}^{p+1} (-1)^{i+1} X\_i \\alpha(X\_1, \\dots, \\hat X\_i, \\dots, X\_{p+1}) - \\\\ - \\sum\_{i\<j} (-1)^{i+j} \\alpha(\[X\_i, X\_j\], X\_1, \\dots, \\hat X\_i, \\dots, \\hat X\_j, \\dots, X\_{p+1}), \\end{aligned}где X 1 , … , X p \+ 1 ∈ X ( M ) X\_1,\\dots,X\_{p+1}\\in \\mathscr X(M). Оператор взятия [производной Ли](https://bigenc.ru/c/proizvodnaia-li-93e8d4) L X L\_X, X ∈ X ( M ) X\\in \\mathscr X(M), на дифференциальных формах связан с внешним дифференциалом соотношениемL X \= d ∘ i X \+ i X ∘ d , L\_X = d \\circ i\_X + i\_X \\circ d,где i X : E p → E p − 1 i\_X: E^p \\to E^{p-1} – оператор внутреннего умножения на X X:( i X α ) ( X 1 , … , X p − 1 ) \= α ( X , X 1 , … , X p − 1 ) , α ∈ E p ( M ) , X 1 , … , X p − 1 ∈ X ( M ) . \\begin{aligned} (i\_X \\alpha)(X\_1, \\dots,X\_{p-1}) = \\alpha(X, X\_1, \\dots,X\_{p-1}), \\\\ \\alpha \\in E^p(M), \\quad X\_1,\\dots, X\_{p-1} \\in \\mathscr X(M). \\end{aligned}Оператор d d превращает E ∗ ( M ) E^\*(M) в коцепной комплекс (комплекс де Рама). Коциклы этого комплекса называются замкнутыми формами, кограницы – точными формами. Согласно [теореме де Рама](https://bigenc.ru/c/teorema-de-rama-dc74ac), алгебра когомологийH ∗ ( M ) \= ∑ p \= 0 n H p ( M ) H^\*(M) = \\sum\_{p=0}^n H^p(M)комплекса де Рама [изоморфна](https://bigenc.ru/c/izomorfizm-637225) алгебре H ∗ ( M , R ) H^\*(M, \\mathbb R) вещественных когомологий многообразия M M. В частности, H p ( R n ) \= 0 H^p(\\mathbb R^n) = 0 при p \> 0 p\>0 (лемма Пуанкаре).
С теоремой де Рама тесно связана другая операция – интегрирование дифференциальных форм. Пусть D D – ограниченная область в R p \\mathbb R^p, s s – гладкое отображение R p → M \\mathbb R^p \\to M, определённое в окрестности замыкания D ˉ \\bar D. Если α ∈ E p ( M ) \\alpha \\in E^p(M), то s ∗ α \= a d x 1 ∧ ⋯ ∧ d x p s^\* \\alpha = a dx^1 \\wedge \\dots\\wedge dx^p, где a a – гладкая функция в D ˉ \\bar D. Интеграл формы α \\alpha по поверхности s s определяется формулой∫ s α \= ∫ D a ( x 1 , … , x p ) d x 1 … d x p . \\int\_s \\alpha = \\int\_D a(x\_1, \\dots, x\_p) dx^1\\dots dx^p.Если D D имеет кусочно-гладкую границу, то справедлива формула∫ s d α \= ∫ ∂ s α , α ∈ E p − 1 ( M ) , (3) \\int\_s d\\alpha = \\int\_{\\partial s} \\alpha, \\quad \\alpha \\in E^{p-1}(M), \\tag{3}где ∫ ∂ s α \\int\_{\\partial s} \\alpha определяется как сумма интегралов формы α \\alpha по гладким кускам границы, снабжённых естественными параметризациями. Частными случаями этой формулы являются классические формулы Ньютона – Лейбница, [Грина](https://bigenc.ru/c/formuly-grina-a47325), Гаусса – Остроградского, Стокса (см. также [Теорема Стокса](https://bigenc.ru/c/teorema-stoksa-ba1e30)). В силу формулы (3) каждая замкнутая p p\-форма α \\alpha определяет p p\-мерный сингулярный коцикл, значение которого на симплексе s s равно ∫ s α \\int\_s \\alpha. Это соответствие как раз и реализует изоморфизм из теоремы де Рама.
Формула (3) была опубликована в 1899 г. [А. Пуанкаре](https://bigenc.ru/c/puankare-anri-9adfed) ([Poincaré. 1987](https://bigenc.ru/b/methodes-nouvelles-de-la-mecanique-celeste-2d745b)), который рассматривал внешние формы как подынтегральные выражения для образования интегральных инвариантов. Одновременно [Э. Картан](https://bigenc.ru/c/kartan-eli-329537) (см. [Cartan. 1953](https://bigenc.ru/b/oeuvres-completes-d6a60b)) дал близкое к современному определение внешних форм и внешнего дифференциала (вначале на пфаффовых формах), подчеркнув связь своей конструкции с внешней алгеброй.
Наряду с определёнными выше скалярными внешними формами можно рассматривать внешние дифференциальные формы со значениями в [векторном пространстве](https://bigenc.ru/c/vektornoe-prostranstvo-22e0fb) V V над R \\mathbb R. Если V V является алгеброй, то в пространстве E ( M , V ) E(M, V) форм со значениями в V V определено естественное умножение (обобщение внешнего умножения). Если при этом алгебра V V ассоциативна, то и E ( M , V ) E(M,V) ассоциативна; если V V коммутативна, то E ( M , V ) E(M,V) градуированно-коммутативна \[формула (2)\]; если V V – [алгебра Ли](https://bigenc.ru/c/algebra-li-da920e), то E ( M , V ) E(M,V) – [градуированная алгебра Ли](https://bigenc.ru/c/graduirovannaia-algebra-li-8b7297). Часто рассматривается также следующее, ещё более общее понятие. Пусть F F – гладкое векторное [расслоенное пространство](https://bigenc.ru/c/rassloennoe-prostranstvo-990425) с базой M M. Если сопоставить каждой точке x ∈ M x\\in M кососимметрическую p p\-линейную функцию на T x ( M ) T\_x(M) со значениями в слое F x F\_x расслоения F F, то получится т. н. F F\-значная p p\-форма. F F\-значную p p\-форму можно интерпретировать также как p p\-линейное \[над F ( M ) F(M)\] отображение модуля X ( M ) p \\mathscr X(M)^p в модуль гладких [сечений расслоения](https://bigenc.ru/c/sechenie-rassloeniia-1bf284) F F. Пространство таких форм обозначается E p ( F ) E^p(F). Если F F задано локально постоянными функциями перехода или, что то же, в F F задана плоская связность, то можно корректно определить комплекс де Рама и обобщить теорему де Рама на этот случай.
Формы со значениями в [касательном расслоении](https://bigenc.ru/c/kasatel-noe-rassloenie-34cac2) T ( M ) T(M) называют также векторными дифференциальными формами; векторные p p\-формы можно отождествить с p p раз ковариантными и 1 1 раз контравариантными тензорными полями на M M, кососимметричными по ковариантным индексам. С помощью векторных дифференциальных форм описываются дифференцирования алгебры внешних форм E ( M ) E(M) ([Frölicher. 1956](https://bigenc.ru/b/theory-ot-vector-valued-differential-forms-ebb00e)). Векторные формы (а также их обобщение – струйные формы) находят применение в теории деформаций комплексных и других дифференциально-геометрических структур на многообразиях.
Аналоги дифференциальных форм можно построить также в симплициальной теории. Одна из таких конструкций, восходящая к [X. Уитни](https://bigenc.ru/c/uitni-khassler-b25f89) ([Уитни. 1960](https://bigenc.ru/b/geometricheskaia-teoriia-inte-9e4851)), может быть использована для вычисления рациональных [когомологий](https://bigenc.ru/c/kogomologii-bb2eed) симплициального комплекса K K. Кусочно-линейной формой (или P L PL\-формой) на K K называется согласованный набор дифференциальных форм, заданных на симплексах комплекса K K и имеющих в качестве коэффициентов при записи в [барицентрических координатах](https://bigenc.ru/c/baritsentricheskie-koordinaty-309dd1) [многочлены](https://bigenc.ru/c/mnogochlen-aa52f7) с рациональными коэффициентами. P L PL\-формы на K K образуют градуированно-коммутативную дифференциальную алгебру E P L ∗ ( K ) E^\*\_{PL}(K) над Q \\mathbb Q. Интегрирование форм определяет изоморфизм алгебры когомологий этой алгебры на алгебру H ∗ ( ∣ K ∣ , Q ) H^\*(\|K\|, \\mathbb Q), где ∣ K ∣ \|K\| – [полиэдр](https://bigenc.ru/c/poliedr-3ada16), отвечающий комплексу K K. Алгебра E P L ∗ ( K ) E^\*\_{PL}(K) полностью определяет также рациональный [гомотопический тип](https://bigenc.ru/c/gomotopicheskii-tip-f31463) (в частности, ранги гомотопических групп) пространства ∣ K ∣ \|K\|. Аналогично алгебра E ∗ ( M ) E^\*(M) на дифференцируемом многообразии М М определяет его вещественный гомотопический тип ([Вещественная гомотопическая теория ... 1977](https://bigenc.ru/b/veshchestvennaia-gomotopichesk-6e8558)).
Исчисление внешних форм на комплексном [аналитическом многообразии](https://bigenc.ru/c/analiticheskoe-mnogoobrazie-da6295) имеет ряд особенностей ([Уэллс. 1976](https://bigenc.ru/b/differentsial-noe-ischislen-21ab9b)). В этой ситуации обычно рассматриваются пространства E p ( M , C ) E^p(M, \\mathbb C) комплекснозначных форм или пространства E p ( F ) E^p(F), где F F – голоморфное [векторное расслоение](https://bigenc.ru/c/vektornoe-rassloenie-8331db) на M M. Имеет место разложениеE p ( M , C ) \= ∑ r \+ s \= p E r , s ( M ) , E^p(M, \\mathbb C) = \\sum\_{r+s=p} E^{r,s}(M),где E r , s ( M ) E^{r,s}(M) – пространство форм типа ( r , s ) (r,s), т. е. форм α \\alpha, локально представимых в виде∑ a i 1 , … , i r , j 1 , … j s d z i 1 ∧ ⋯ ∧ d z i r ∧ d z ˉ j 1 ∧ ⋯ ∧ d z ˉ j s , \\sum a\_{i\_1,\\dots,i\_r, j\_1, \\dots j\_s} dz^{i\_1}\\wedge \\dots \\wedge dz^{i\_r}\\wedge d\\bar z^{j\_1}\\wedge \\dots \\wedge d\\bar z^{j\_s},где ( z 1 , … , z n ) (z^1,\\dots,z^n) – локальная аналитическая система координат на M M. АналогичноE p ( F ) \= ∑ r \+ s \= p E r , s ( F ) . E^p(F) = \\sum\_{r+s=p} E^{r,s} (F).Далее, d \= d ′ \+ d ′ ′ d=d'+d'', гдеd : E r , s ( M ) → E r \+ 1 , s ( M ) , d ′ ′ : E r , s ( M ) → E r , s \+ 1 ( M ) . d: E^{r,s}(M)\\to E^{r+1,s}(M),\\quad d'': E^{r,s}(M)\\to E^{r,s+1}(M).При этом d ′ 2 \= d ′ ′ 2 \= 0 d'^2 = d''^2 = 0, так что d ′ d' и d ′ ′ d'' определяют коцепные комплексы. Наиболее известен комплекс оператора d ′ ′ d'' (комплекс Дольбо), когомологии которого обозначаются через H r , s ( M ) H^{r,s}(M). d ′ ′ d''\-коциклы типа ( p , 0 ) (p,0) суть [голоморфные](https://bigenc.ru/c/golomorfnaia-forma-d51fab) p p\-формы. Для d ′ ′ d'' справедлива следующая лемма Гротендика: если α \\alpha – форма типа ( r , s ) (r,s) с s \> 0 s\>0 в окрестности нуля пространства C n \\mathbb C^n и d ′ ′ α \= 0 d''\\alpha = 0, то в меньшей окрестности нуля существует такая форма β \\beta типа ( r , s − 1 ) (r,s-1), что α \= d ′ ′ β \\alpha = d'' \\beta. Комплекс Дольбо можно определить также и для F F\-значных форм, где F F – голоморфное векторное расслоение. Это приводит к пространствам когомологий H r , s ( F ) H^{r,s}(F). Из леммы Гротендика вытекает следующий изоморфизм:H r , s ( F ) ≅ H s ( M , Ω r ( F ) ) , H^{r,s}(F) \\cong H^s (M, \\Omega^r(F)),где Ω r ( F ) \\Omega^r(F) – пучок ростков голоморфных F F\-значных r r\-форм (теорема Дольбо). В частности,H r , s ( M ) ≅ H s ( M , Ω r ( M ) ) , H^{r,s}(M)\\cong H^s(M, \\Omega^r(M)),где Ω r ( M ) \\Omega^r(M) – пучок ростков голоморфных r r\-форм на M M. Существует [спектральная последовательность](https://bigenc.ru/c/spektral-naia-posledovatel-nost-8ad4c4) с первым членом ∑ r , s H r , s ( M ) \\sum\_{r,s} H^{r, s}(M), сходящаяся к H ∗ ( M , C ) H^\*(M, \\mathbb C). [Эйлерова характеристика](https://bigenc.ru/c/eilerova-kharakteristika-3ea20e) χ ( M ) \\chi(M) компактного комплексного многообразия M M выражается через когомологии Дольбо по формулеχ ( M ) \= ∑ r , s ( − 1 ) r \+ s d i m H r , s ( M ) . \\chi(M) = \\sum\_{r,s} (-1)^{r+s} {\\rm dim}\\ H^{r,s}(M).Дифференциальные формы являются важной составной частью аппарата дифференциальной геометрии (см. [Стернберг. 1970](https://bigenc.ru/b/lektsii-po-differentsial-noi-f05ef7), [Картан. 1971](https://bigenc.ru/b/differentsial-noe-ischislen-f1689d)). Они систематически используются также в топологии, теории дифференциальных уравнений, механике, теории комплексных многообразий и функций многих комплексных переменных. Обобщением дифференциальных форм, аналогичным обобщённым функциям, являются [потоки](https://bigenc.ru/c/potok-v-matematike-bae86e). Алгебраический аналог теории дифференциальных форм (см. в статье [Модуль дифференциалов](https://bigenc.ru/c/modul-differentsialov-cd5f8e)) позволяет определить дифференциальные формы на [алгебраических многообразиях](https://bigenc.ru/c/algebraicheskoe-mnogoobrazie-0ce828) и на [аналитических пространствах](https://bigenc.ru/c/analiticheskoe-prostranstvo-3e9bf7) (см. [Дифференциальное исчисление](https://bigenc.ru/c/differentsial-noe-ischislenie-5ba9f4) на аналитических пространствах, [Когомологии де Рама](https://bigenc.ru/c/kogomologii-de-rama-385a15), [Дифференциал на римановой поверхности](https://bigenc.ru/c/differentsial-na-rimanovoi-poverkhnosti-cbb214), [Гармоническая форма](https://bigenc.ru/c/garmonicheskaia-forma-76f7ce), [Голоморфная форма](https://bigenc.ru/c/golomorfnaia-forma-d51fab), [Оператор Лапласа)](https://bigenc.ru/c/operator-laplasa-8b92b1).
2\) Дифференциальная форма на алгебраическом многообразии, аналог понятия дифференциальной формы на дифференцируемом многообразии. Пусть X X – неприводимое алгебраическое многообразие размерности d d над [алгебраически замкнутым полем](https://bigenc.ru/c/algebraicheski-zamknutoe-pole-0b653a) k k, K K – его поле [рациональных функций](https://bigenc.ru/c/ratsional-naia-funktsiia-510ebc). Дифференциальной формой степени r r на X X называется элемент K K\-пространстваΩ r ( X ) \= ∧ r Ω K / k 1 , \\Omega^r(X) = \\overset{r}{\\wedge} \\Omega^1\_{K/k},где Ω K / k \\Omega\_{K/k} – модуль дифференциалов поля K K над полем k k. Если x 1 , … , x d x\_1, \\dots, x\_d – сепарабельный базис трансцендентности расширения K / k K/k, то каждая дифференциальная форма ω ∈ Ω r ( X ) \\omega \\in \\Omega^r(X) записывается в видеω \= ∑ a i 1 … i r d x i 1 ∧ ⋯ ∧ d x i r , \\omega = \\sum a\_{i\_1\\dots i\_r} dx\_{i\_1}\\wedge \\dots \\wedge dx\_{i\_r},где a i 1 … i r ∈ K a\_{i\_1\\dots i\_r}\\in K. Дифференциальная форма ω \\omega называется регулярной на [открытом множестве](https://bigenc.ru/c/otkrytoe-mnozhestvo-7f6e53) U ⊂ X U \\subset X, если ω \\omega принадлежит подмодулю Ω k \[ U \] / k r \\Omega^r\_{k\[U\]/k} пространства Ω r ( X ) \\Omega^r(X), рассматриваемого как [модуль над кольцом](https://bigenc.ru/c/modul-nad-kol-tsom-5f3e16) k \[ U \] k\[U\] регулярных функций на подмножестве U U. Дифференциальная форма ω \\omega называется регулярной, если любая точка x ∈ X x\\in X имеет такую окрестность U U, что ω \\omega регулярна на U U. Регулярные дифференциальные формы на X X образуют модуль над k \[ X \] k\[X\], обозначаемый Ω r \[ X \] \\Omega^r\[X\]. Его элементы отождествляются с сечениями пучка Ω X / k r \\Omega^r\_{X/k} на многообразии X X. В окрестности любой точки x ∈ X x\\in X регулярная дифференциальная форма ω ∈ Ω r \[ X \] \\omega\\in\\Omega^r\[X\] записывается в видеω \= ∑ α i 1 … i r d f i 1 ∧ ⋯ ∧ d f i r , \\omega = \\sum \\alpha\_{i\_1\\dots i\_r} df\_{i\_1}\\wedge\\dots\\wedge df\_{i\_r},где функции a i 1 … i r , f i 1 , … , f i r a\_{i\_1\\dots i\_r}, f\_{i\_1}, \\dots, f\_{i\_r} регулярны в точке x x. Если X X – полное многообразие, то пространства Ω r \[ X \] \\Omega^r\[X\] конечномерны, а в случае, когда X X неособое, размерность p g ( X ) \= d i m k Ω d \[ X \] p\_g(X) = {\\rm dim}\_k \\Omega^d\[X\] называется [геометрическим родом](https://bigenc.ru/c/geometricheskii-rod-a1db4b) многообразия X X. В случае, когда X X – полное многообразие над полем комплексных чисел, пространство Ω r \[ X \] \\Omega^r\[X\] совпадает с пространством голоморфных дифференциальных форм степени r r на соответствующем аналитическом пространстве X a n X^{an}.
Пусть X X – нормальное многообразие и ω ∈ Ω d \[ X \] \\omega\\in\\Omega^d\[X\]; для любой точки x ∈ X ( 1 ) x\\in X^{(1)} коразмерности 1 1 дифференциальная форма ω \\omega может быть записана в видеω \= a d t ∧ d t 1 ∧ ⋯ ∧ d t d − 1 , ( ∗ ) \\omega = a dt\\wedge dt\_1\\wedge\\dots\\wedge dt\_{d-1}, \\tag{\$\*\$}где a a принадлежит полю частных K x K\_x [локального кольца](https://bigenc.ru/c/lokal-noe-kol-tso-4ed1bc) O X , x \\mathcal O\_{X,x}, t t – образующая его [максимального идеала](https://bigenc.ru/c/maksimal-nyi-ideal-f87fd0), t 1 , … , t d − 1 t\_1,\\dots,t\_{d-1} – сепарабельный базис трансцендентности над k k поля вычетов кольца O X , x \\mathcal O\_{X, x}. Значение нормирования на элементе a a, определяемое кольцом O X , x \\mathcal O\_{X, x}, не зависит от выбора представления ω \\omega в виде ( ∗ ) (\*) и обозначается ν x ( ω ) \\nu\_x(\\omega). [Дивизор](https://bigenc.ru/c/divizor-b54053)D \= ∑ x ∈ X ( 1 ) ν x ( ω ) { x ˉ } D = \\sum\_{x\\in X^{(1)}} \\nu\_x(\\omega)\\{\\bar x\\}определён и называется дивизором дифференциальной формы ω \\omega. Дифференциальная форма ω \\omega регулярна тогда и только тогда, когда её дивизор D ≥ 0 D\\ge 0, т. е. ν x ( ω ) ≥ 0 \\nu\_x(\\omega)\\ge 0 для всех x ∈ X ( 1 ) x\\in X^{(1)}. Дивизоры любых двух дифференциальных форм эквивалентны, более того, дивизоры всех дифференциальных форм на данном алгебраическом многообразии образуют класс дивизоров относительно линейной эквивалентности. Этот класс называется каноническим классом многообразия X X и обозначается через K X K\_X. Для неособого многообразия X X класс K X K\_X совпадает с первым классом Чженя обратимого пучка Ω X / k d \\Omega^d\_{X/k}, в частностиΩ X / k d ≃ O X ( D ) \\Omega^d\_{X/k} \\simeq \\mathcal O\_X(D)для любого D ∈ K X D \\in K\_X.
Для любого доминантного рационального отображения алгебраических многообразий f : X ′ → X f: X'\\to X определён канонический гомоморфизмf ∗ : Ω r ( X ) → Ω r ( X ′ ) . f^\*: \\Omega^r(X)\\to \\Omega^r(X').При этом если X X и X ′ X' – неособые, а X X – полное, то f ∗ f^\* переводит регулярные дифференциальные формы в регулярные. В частности, если неособые полные многообразия X X и X ′ X' бирационально изоморфны, то векторные пространства Ω r \[ X \] \\Omega^r\[X\] и Ω r \[ X ′ \] \\Omega^r\[X'\] изоморфны над полем k k.
Для любого i \> 1 i\>1 элементы i i–й симметрической степени S i ( Ω r ( X ) ) S^i(\\Omega^r(X)) K K\-пространства Ω r ( X ) \\Omega^r(X) называются i i\-кратными дифференциальными формами степени r r на X X. Каждую такую дифференциальную форму можно рассматривать как рациональное сечение пучка S i ( Ω X / k r ) S^i(\\Omega^r\_{X/k}). Регулярные сеченияω ∈ Γ ( X , S i ( Ω X / k r ) ) \\omega \\in \\Gamma(X, S^i(\\Omega^r\_{X/k}))называются регулярными i i\-кратными дифференциальными формами степени r r на X X. Для неособого полного многообразия X X размерность P i ( X ) \= d i m k Γ ( X , S i ( Ω X / k d ) ) P\_i(X) = {\\rm dim}\_k \\Gamma(X, S^i(\\Omega^d\_{X/k}))называется i i\-родом многообразия X X. Для бирационально изоморфных многообразий их i i\-роды совпадают.
[Долгачёв Игорь Владимирович](https://bigenc.ru/a/iv-dolgachyov-95afbf). Первая публикация: «Математическая энциклопедия» под ред. И. М. Виноградова, 1979.
Опубликовано 27 февраля 2024 г. в 11:44 (GMT+3). Последнее обновление 27 февраля 2024 г. в 11:44 (GMT+3). |
| Shard | 84 (laksa) |
| Root Hash | 7925164987578067284 |
| Unparsed URL | ru,bigenc!/c/differentsial-naia-forma-8b0c56 s443 |