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关于Do Carmo习题2.5中平面P的参数化X的有效性问询

关于Do Carmo习题2.5的疑问解答

你这个观察太到位了!完全戳中了问题的要害——Do Carmo的这个答案确实有疏漏,你的结论才是对的:映射$X$不是整个平面$P$的参数化

下面具体拆解分析:

1. 平面$P$与$X$的像的范围

平面$P$的定义是所有满足$x=y$的点,我们可以把它重新写成更直观的形式:
$$P = {(t, t, s) \mid t, s \in \mathbb{R}}$$
而映射$X(u,v)=(u+v, u+v, uv)$的像,本质上是$P$中满足特定条件的子集:令$t=u+v$,$s=uv$,那么$u$和$v$是二次方程$x^2 - tx + s = 0$的两个实根。

2. 实根存在的限制条件

二次方程有实根的充要条件是判别式非负:
$$\Delta = t^2 - 4s \geq 0$$
当$\Delta < 0$时,方程没有实数解,自然不存在$(u,v)\in U$对应$P$中的点。你举的例子$(0,0,3)$就对应$t=0$,$s=3$,此时$\Delta = 0^2 - 4\times3 = -12 < 0$,确实不在$X$的像里。

3. Do Carmo答案的可能疏漏

Do Carmo说“是”,大概率是表述上的不严谨:$X$确实是平面$P$中由$t^2 > 4s$定义的开子集的合法参数化(当$\Delta > 0$时,方程有两个不同实根,结合$U={(u,v)\mid u>v}$的要求,能对应唯一的$(u,v)$对,且映射是局部微分同胚),但它绝对覆盖不了整个平面$P$,所以不能作为整个$P$的参数化。

内容的提问来源于stack exchange,提问作者Bernstein

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