Autor Tema: ¿Qué funciones son difeomorfismos?

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12 Agosto, 2014, 01:31 am
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Piockñec

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Un difeomorfimos me lo definen como un mapping que es smooth (suave, como una sábana, me imagino, de clase C infinito :P), y su inversa también lo es.

Primera pregunta: ¿Cualquier abierto de un espacio euclídeo es un smooth manifold? Y yo me pregunto, el contenido de un cubo en \( R^3 \) es un abierto... ¿y además es smooth manifold? No me lo parece en las esquinas... ni en los vértices... Acabo de comprender qué es un abierto. No hay que preocuparse de los vértices ni las esquinas ni las aristas porque pese a poderse uno acercar mucho a ellas, nunca estarás "al ladito", nunca los tocarás, y la diferenciación siempre existirá

Y ahora la pregunta central: ¿Son difeomorfismos las funciones: \( x, -x, x^2, x^3, arctan(x) \) de la línea a sí misma?
Recurriendo a la definición, x es smooth, y su inversa (sí misma) también, luego sí lo es.
A -x le sucede lo mismo.
\( x^2 \) es smooth, pero su inversa no existe como tal. Podemos restringir dominios y tomar esa función en un intervalo abierto que no contenga el \( x=0 \), y entonces en ese intervalo sí sería difeomorfismo, ¿verdad?
\( x^3 \) es smooth, y su inversa también, luego sí es difeomorfismo (en el libro sale que no es. ¿Por qué?)
\( arctan(x) \) es smooth en todo R, pero su inversa sólo es smooth en \( (0, 2\pi) \). Por tanto, es difeomorfismo sólamente (por intersección de condiciones) en \( (0, 2\pi) \).

¿Dónde falla mi razonamiento? ¡Muchas gracias!

12 Agosto, 2014, 02:20 am
Respuesta #1

Juan Pablo Sancho

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Teniendo en cuenta la definición de la wiki.
http://www.google.es/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CCIQFjAA&url=http%3A%2F%2Fes.wikipedia.org%2Fwiki%2FDifeomorfismo&ei=nV3pU7aPG4i30QXavoHgCQ&usg=AFQjCNFFj7hHxF6u7dHe2Zj_2NTKsxaGjw

La función \(  f:R \to R  \) definida por \(  f(x) = x^3  \) no puede ser difeomorfismo por que \(  g(x) = \sqrt[3]{x}  \) no es derivable en \(  x=0  \).
La función \(  t:R \to ]\dfrac{-\pi}{2}, \dfrac{\pi}{2}[  \) definida por \(  t(x) = arctag(x)  \), creo que que si será difeomorfismo, por que \(  tag(x)  \) es derivable en \(  ]\dfrac{-\pi}{2}, \dfrac{\pi}{2} [  \)

12 Agosto, 2014, 09:34 pm
Respuesta #2

Piockñec

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Es verdad, no había caído en que la raíz cúbica no es derivable en 0...
¡Guay, guay! ¡¡¡Entonces entiendo lo que es difeomorfismo!!! El concepto sólo se aplica a funciones, verdad? Por eso de la derivación, que es una operación que sólo se aplica a las funciones...
Supongo que también se aplica a funciones de más variables con la condición de que sea difeomorfa (si es que existe la palabra) respecto de todas las variables de derivación.
¡Muchas gracias! :D

12 Agosto, 2014, 10:17 pm
Respuesta #3

Fallen Angel

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Hola,

Si , existe la palabra difeomorfa, si se aplica en más variables y como nota un difeomormismo no es sino imponer la condición de diferenciabilidad a un homeomorfismo de espacios topológicos, por si ésto te aclara algo.

Es decir, los difeomorfismos son los morfismos de la categoría de variedades diferenciables.

Un saludo!
La Geometría es el arte de pensar bien, y dibujar mal.- H.Poincaré

12 Agosto, 2014, 11:26 pm
Respuesta #4

Piockñec

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拓撲,微分流形和同胚
jajajajajajajaja
Pero te agradezco muchísimo tu comentario, Fallen Angel :D Es ese tipo de comentarios el que suele ayudarme más, el hilar ideas de distintos campos (aunque en este caso, como no tengo ni idea de qué es una variedad, ni un homeomorfismo, ni un espacio topológico,... jeje Pero me lo apunto para el futuro!! :) )

13 Agosto, 2014, 08:19 am
Respuesta #5

Fallen Angel

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拓撲,微分流形和同胚
jajajajajajajaja
Pero te agradezco muchísimo tu comentario, Fallen Angel :D Es ese tipo de comentarios el que suele ayudarme más, el hilar ideas de distintos campos (aunque en este caso, como no tengo ni idea de qué es una variedad, ni un homeomorfismo, ni un espacio topológico,... jeje Pero me lo apunto para el futuro!! :) )

Una variedad diferenciable es una smooth manifold para castellano-parlantes  ;D

¿Cómo es que estás estudiando esto sin saber lo que es un espacio topológico ni un homeomorfismo? 
Ambas cosas son necesarias para definir una variedad. (O al menos para definirla de la manera clásica)

Un saludo!
La Geometría es el arte de pensar bien, y dibujar mal.- H.Poincaré

13 Agosto, 2014, 10:22 am
Respuesta #6

Piockñec

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Ya, bueno, nunca he dado nada de topología ni parecido, en ingeniería no se da eso.
Mi profe me recomendó mucho un libro, el de Ordinary Differential Equations de Vladimir Arnol'd. La verdad es que está siendo increíblemente bueno, otorga un punto de vista que no he visto en ningún otro libro, y le saca un jugo inmenso a todo...

... y estaba resolviendo todos los ejercicios con facilidad hasta que se ha puesto a divagar sobre morfismos, y no me estoy enterando de nada. Por los esquemas tan simples, me da a mí que las ideas son simples, y las capto de un plumazo, pero como siempre el formalismo me mata y hace que tooodo sea más difícil. Creo que voy a saltarme todo hasta que salgan ecuaciones diferenciales de nuevo, estoy por rendirme jajaja

Yo supongo que esas cosas que explica Arnol'd (la acción de difeomorfismos sobre campos vectoriales, smooth manifolds, phase flows) son para que cuando uno vea un campo de pendientes, vea su "simplicidad conexa", sus puntos singulares, su situación y su diferenciabilidad, sepa de inmediato si existe o no un cambio de variables tal que te permita llevarte la ecuación diferencial "de un sitio a otro", ¿cierto? Como cuando "rectificas" el phase flow del sistema siguiente a través de las coordenadas polares:
\( \dot x_1=x_2 \)
\( \dot x_2=-x_1 \)

Que te queda algo así como:
\( \dot r=0 \)
\( \dot \theta=-1 \)

Ese cambio de variables lo uso porque sé la forma que tiene su phase flow (¿flujo de fase?) (es fácil imaginárselo) y sé que son circunferencias -> polares. Pero la gracia está en que uno sepa deducirlo "topológicamente"... sobre todo con miras a sistemas un poco más complicados.

Hablo en "spanglish" porque el libro está en inglés, y como todo son conceptos y palabras nuevas, no sé si al inventarme la traducción se me entenderá :P Ya es difícil entenderme con lo mal que me explico, que si pongo palabras inventadas.... jajajaja

13 Agosto, 2014, 12:04 pm
Respuesta #7

Fallen Angel

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Ya, bueno, nunca he dado nada de topología ni parecido, en ingeniería no se da eso.


No sabía que estudiases ingeniería, en realidad hace tiempo me vengo dando cuenta que en ingenierías es muy común explicar conceptos para los cuales se presuponen unas bases que nunca se han explicado a los alumnos con anterioridad, pero no me preguntes por qué.

... y estaba resolviendo todos los ejercicios con facilidad hasta que se ha puesto a divagar sobre morfismos, y no me estoy enterando de nada. Por los esquemas tan simples, me da a mí que las ideas son simples, y las capto de un plumazo, pero como siempre el formalismo me mata y hace que tooodo sea más difícil.

Y aquí se confirman mis sospechas, las matemáticas necesitan ser formales, siempre me gusta recordar una frase que nos dijo un profesor de Geometría:
"Las matemáticas son así de difíciles porque no pueden ser más fáciles".


Yo supongo que esas cosas que explica Arnol'd (la acción de difeomorfismos sobre campos vectoriales, smooth manifolds, phase flows) son para que cuando uno vea un campo de pendientes, vea su "simplicidad conexa", sus puntos singulares, su situación y su diferenciabilidad, sepa de inmediato si existe o no un cambio de variables tal que te permita llevarte la ecuación diferencial "de un sitio a otro", ¿cierto?


No conozco ese libro, pero imagino que sea para probar la existencia y unicidad de solución de según que sistemas de ecuaciones diferenciales.

Lo de ver los cambios de variable tiene más de práctica y de "ojo de buen cubero", en cualquier sistema puedes intentar pasar a polares para ver si queda algo más sencillo, o te da alguna información extra.

Un saludo!
La Geometría es el arte de pensar bien, y dibujar mal.- H.Poincaré

13 Agosto, 2014, 02:43 pm
Respuesta #8

Piockñec

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Bueno, en mis cortas luces las matemáticas necesitan ser formales para estar bien definidas y no dar lugar a dudas ni malentendidos (si se leen como deben leerse). Pero para aprenderlas no hay nada mejor que dos buenos ejemplos, y entonces sucederá la necesidad de definir bien el concepto, no antes. Pero eso ya son cuestiones didácticas, y cada cual especula como la experiencia le demuestra :)

¡Muchas gracias, Fallen Angel! :D Me has ayudado mucho

No conozco ese libro, pero imagino que sea para probar la existencia y unicidad de solución de según que sistemas de ecuaciones diferenciales.
Si eso es así, entonces me salto olímpicamente esa parte hahaha pensé que se iba a apoyar en eso para aplicar cambios de variable, y darle mil vueltas a las ecuaciones, y predecir comportamientos y características de las soluciones... Si lo necesito, ya volveré ;)