非退化临界点

更新时间:2022-09-23 09:38

非退化临界点(nondegenerate critical point)是指在该点处的二阶导算子有有界逆的临界点。设X是希尔伯特空间,f∈C2(X,R),x0是f的临界点.若f″(x0):X→X有有界逆,则称x0是f的非退化临界点,否则,称临界点x0是退化的。设M是C2希尔伯特流形,f∈C2(M,R),x0是f的临界点,取x0处的局部坐标系(U,φ),若φ(x0)是泛函f°φ -1的非退化临界点,则称x0是f的非退化临界点,否则称f的临界点x0是退化的。M上泛函f的临界点的非退化性不依赖于局部坐标系的选取,非退化临界点必是孤立临界点。

基本介绍

定义

设是类流形,是类函数。点称为函数的临界点,如果在局部坐标下,等式成立。数称为函数的临界值,流形上所有其余的点将称为函数的非临界点,所有不是函数临界值的数称为这个函数的非临界值。

临界点称为孤立的,如果可找到它的这种邻域,在其中没有其它的临界点。临界点称为非退化的,如果二阶偏导数的矩阵是非退化的;反之,临界点称为退化的。

考虑二次型,其中,它称为函数在点p处的Hessian二次型。因矩阵A是对称的,二次型可通过适当地选取坐标,化为正则形式

如果A非退化,则。

数称为函数在点的指标,而数称为函数在点p的退化度。

例题解析

由公式给定一个上的函数,显然,偏导数

它们仅在点同时为零。因此点是孤立临界点,所有的二阶偏导数

在处也都为零,因此函数在点处的二阶偏导数的矩阵是零矩阵,而函数在点的Hessian二次型恒等于零,这表明,临界点是退化的,在点处,的退化度为2,指标为0。

相关定理及概念

Morse引理

临界点理论中的一个重要事实是:在临界点的附近函数可表示为二次型的形状,且函数的性态由它的指标来描述。

定理1(Morse引理) 设是函数的非退化临界点,则在点的某邻域U中存在这样的局部坐标系,使得,并且在U上成立以下恒等式

其中是点的坐标,而是函数在点p的指标。

梯度场

设是上的Riemann度量,对每一点,选一个向量,使得以下条件成立:对任意的向量,成立等式

其中是函数在点的微分在向量处的值。所得的场称为函数的梯度场,记作。

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