Общее положение

Два общих положения прямой и окружности

О́бщее положе́ние (англ. general position[1]) — свойство, которое выполняется почти всюду, то есть почти для всех рассматриваемых объектов. Математический термин, используемый в основном в геометрии, значение которого зависит от контекста и который применяется обычно в следующих словосочетаниях[2]: «объекты, находящиеся в общем положении, имеют свойство S», «S есть свойство общего положения», «приведение объектов в общее положение», другими словами, между объектами отсутствуют какие-либо «особые» отношения[1].

Следующий пример типичен для понятия «общее положение»[2].

Общее положение на плоскости прямой и окружности — прямая и окружность либо не пересекаются, либо пересекаются в двух точках. Иначе, почти всегда прямая либо проходит вне окружности, либо пересекает её в двух точках, и почти никогда её не касается. В количественных соотношениях, если на плоскости есть окружность и прямая, то имеется бесконечное количество прямых, параллельных данной прямой, которые либо проходят вне окружности, либо пересекают её в двух точках, и всего две параллельные прямые, которые касаются окружности[3].

Сначала общее положение понималось в геометрических терминах, подобных терминам в случае прямой и окружности на плоскости, и термин «общее положение» используется в геометрических разделах математики или испытывающих значительное влияние геометрии. Тем не менее идеи, опирающиеся на множества второй категории Бэра или полной меры[англ.], употребляются за пределами геометрии[3].

В настоящее время термин «общее положение» часто используется при непосредственном обобщении терминов, использованных в случае прямой и окружности на плоскости, а именно либо непосредственно при исследовании трансверсальности двух многообразий в соответствующем объемлющем многообразии, либо в родственном случае с трансверсальными самопересечениями иммерсированного подмногообразия[англ.][3].

Структура совокупности всех объектов

Обычно в некотором контексте совокупность всех рассматриваемых объектов имеет некоторую структуру, которая выделяет некоторые подсовокупности как «малые», «пренебрежимые» или, наоборот, «большие», «массивные». В этом случае считается, что некоторое свойство имеет общее положение, если обладающие им объекты образуют в «большую» подсовокупность[2].

Совокупность , как правило, обладает одной из следующих структур[2]:

(1) алгебраического многообразия;
(2) гладкого многообразия (возможного, бесконечномерного);
(3) топологического пространства, чаще всего пространства второй категории Бэра, в частности полные метрические пространства.
(4) пространства с мерой.

В перечисленных случаях «малыми» подсовокупностями считаются соответственно[2]:

(1) алгебраические подмногообразия (меньшей размерности);
(2) дифференцируемые подмногообразия и их конечные или счётные объединения;
(3) нигде не плотные множества или множества первой категории Бэра;
(4) множества меры нуль.

Подсовокупность определяется как «большая», если дополнение к ней — «малая»[2].

Альтернативные формулировки

Типичное свойство, или свойство общего положения, — свойство , которое выполняется почти для всех объектов из совокупности . При этом подсовокупность включает «большинство», или «почти все», объекты [2].

Типичный объект, или объект общего положения, или объект, находящийся в общем положении, — объект, обладающий одним или несколькими «типичными свойствами» (какими именно — выясняется из контекста)[2].

Существует более слабое значение термина «большое подмножество»: в случаях (3) и (4) «большое» подмножество может означать соответственно подмножество второй категории Бэра в непустом открытом подмножестве пространства или подмножество положительной меры. В этих случаях говорят. что «этим множеством объектов нельзя пренебречь», но уже не говорят о «типичности»[2].

Использование коразмерности

Теперь рассмотрим случаи (1) и (2). Имеем «малое» множество с положительной коразмерностью . Поэтому чем больше коразмерность , тем меньше множество [2].

Если имеются -параметрические семейства объектов , которые достаточно гладко зависят от скалярных параметров, причём всевозможные такие семейства образуют пространство второй категории Бэра, то возникает ситуация, близкая к (2) и даже более общая. А именно, малость множества означает, что[2]:

  • , если почти все (в смысле (3)) семейства не содержат объектов из ;
  • , если это так при любом .

Подобные соображения коразмерности существенны в теории бифуркаций и теории особенностей дифференцируемых отображений[2].

Использование групповых операций

Рассмотрим объекты, на которые действуют некоторые операции , совокупность которых , как правило, есть группа или хотя бы полугруппа с единицей [2].

Приведение объекта в общее положение использованием групповой операции — получение определённых свойств объекта путём использования групповой операции : новый объект обладает нужными свойствами[2].

Аналогично совокупности группа (полугруппа с единицей) имеет некоторую структуру, которая и определяет «большое» множество операций[4].

Приведение объекта в общее положение использованием малого шевеления — процедура, заключающаяся в том, что операцию , которая отображает исходный объект в объект с определёнными свойствами, можно выбрать сколь угодно близкой к единице [3].

В качестве примера приведём прямую и окружность на плоскости, которые в общем положении либо не пересекаются, либо пересекаются в двух точках. В этом примере объект — это пара , а операции — движения евклидовой плоскости (даже одни только параллельные переносы), которые применяются к прямой при фиксированной окружности . Следовательно, совокупность всех объектов и группа естественным образом получают все необходимые вышеназванные структуры, и тогда общее положение понимается в соответствии с любым из вышеописанных вариантов[3].

Использование в разделах математики

Использование в геометрической топологии

В геометрической топологии[англ.], которая изучает как кусочно линейные, так и топологические многообразия и соответствующие классы отображений, термин «общее положение» используется почти исключительно как синоним термина «трансверсальность»[3].

Использование в алгебраической геометрии

В алгебраической геометрии несложные случаи, аналогичные прямой и окружности на плоскости, легко анализируются с помощью теории исключения[англ.], при этом основное поле произвольно (но обычно алгебраически замкнуто). В более сложных ситуациях имеются следующие теоремы[3]:

Кроме того, при рассмотрении действия алгебраической группы на алгебраическом многообразии большое значение имеют точки общего положения[3].

Использование в дифференциальной топологии и теории особенностей дифференцируемых отображений

Понятие общего положения применяется очень широко в дифференциальной топологии и теории особенностей дифференцируемых отображений. При доказательстве результатов обычно используются следующие теоремы об общем положении, или теоремы о трансверсальной регулярности[3][5]:

  • теорема Сарда[6];
  • более удобны для практического применения теоремы о трансверсальности:

Указанная теорема Сарда при бесконечной размерности не верна, но этот недостаток компенсируется более слабыми результатами[3].

Использование в теории гладких динамических систем

Несколько теорем о «типичных» свойствах есть в в теории гладких динамических систем. Как правило, эти теоремы доказываются редукцией к теореме Сарда, особенно в локальной теории бифуркаций[англ.]. Есть немногочисленные положительные результаты, не связанные с этой редукцией[3].

Существенная особенность теории гладких динамических систем — это существенное различие понятия общего положения в топологическом и метрическом смысле, соответственно случаи (3) и (4)[3].

Использование в дифференциальной геометрии многообразий

Понятие общего положения используется также в дифференциальной геометрии многообразий[3][8][9].

Типичное свойство римановой метрики — множество римановых метрик, удовлетворяющих этому свойству, остаточно[10].

Предложение. Следующее свойство типично[10]:

Примеры

Набор точек. Рассмотрим набор из произвольных точек в -мерном аффинном пространстве[1].

Общее положение в пространстве набора точек — свойство точек в -мерном аффинном пространстве, заключающееся в том, что никакие из них не лежат в подпространстве размерности , где . В частности, точки на плоскости находятся в общем положении, если никакие три не лежат на одной прямой[1].

Требование этого определения избыточно для большинства наборов. В частности, если , то достаточно предположить, что никакой набор из точки не лежит в гиперплоскости[1].

Прямая и окружность. Рассмотрим расположение прямой и окружности на плоскости[3].

Общее положение на плоскости прямой и окружности — прямая и окружность либо не пересекаются, либо пересекаются в двух точках[3].

Две прямые. Рассмотрим расположение двух прямых в трёхмерном пространстве[11].

Общее положение в трёхмерном пространстве двух прямых — прямые не пересекаются. Другими словами, вложение прямой в трёхмерное пространство трансверсально тогда и только тогда, когда прямые не пересекаются[11].

Гладкая функция. Рассмотрим гладкую функцию на гладком многообразии[12].

Гладкая функция общего положенияфункция Морса. Другими словами, функция Морса на компактном многообразии имеет только конечное число критических точек[13].

Два подпространства. Рассмотрим вещественное линейное пространство и два его подпространства, сумма размерностей которых больше размерности исходного пространства[14].

Общее положение в линейном пространстве двух подпространств — алгебраическая сумма подпространств совпадет со всем пространством[14].

В частности, два подмногообразия дополнительной размерности в общем положении пересекаются трансверсально[15].

Примечания

  1. 1 2 3 4 5 Yale P. B. Geometry and symmetry, 1968, p. 164.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Аносов Д. В. Общее положение, 1982, стб. 1144.
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Аносов Д. В. Общее положение, 1982, стб. 1145.
  4. Аносов Д. В. Общее положение, 1982, стб. 1144—1145.
  5. Мищенко А. С., Стернин Б. Ю., Шаталов В. Е. Лагранжевы многообразия и метод канонического оператора, 1978, § 1.2. Теоремы о трансверсальной регулярности, с. 75—89.
  6. 1 2 Мищенко А. С., Стернин Б. Ю., Шаталов В. Е. Лагранжевы многообразия и метод канонического оператора, 1978, § 1.2. Теоремы о трансверсальной регулярности, с. 82.
  7. Мищенко А. С., Стернин Б. Ю., Шаталов В. Е. Лагранжевы многообразия и метод канонического оператора, 1978, § 1.2. Теоремы о трансверсальной регулярности, с. 86.
  8. Wall C. T. C. Geometric properties of generic differentiable manifolds, 1977.
  9. Клингенберг В. Лекции о замкнутых геодезических, 1982.
  10. 1 2 Клингенберг В. Лекции о замкнутых геодезических, 1982, 3.3. Свойства отображения Пуанкаре. 3.3.6. Дополнение, с. 210.
  11. 1 2 Арнольд В. И. Дополнительные главы теории обыкновенных дифференциальных уравнений, 1978, § 29. Семейства и деформации, с. 207.
  12. Мищенко А. С., Стернин Б. Ю., Шаталов В. Е. Лагранжевы многообразия и метод канонического оператора, 1978, § 1.2. Теоремы о трансверсальной регулярности, с. 85.
  13. Мищенко А. С., Стернин Б. Ю., Шаталов В. Е. Лагранжевы многообразия и метод канонического оператора, 1978, § 1.2. Теоремы о трансверсальной регулярности, с. 89.
  14. 1 2 Мищенко А. С., Стернин Б. Ю., Шаталов В. Е. Лагранжевы многообразия и метод канонического оператора, 1978, § 1.2. Теоремы о трансверсальной регулярности, с. 76.
  15. Мищенко А. С., Стернин Б. Ю., Шаталов В. Е. Лагранжевы многообразия и метод канонического оператора, 1978, § 1.2. Теоремы о трансверсальной регулярности, с. 78—79.

Источники

  • Аносов Д. В. Общее положение // Математическая энциклопедия: Гл. ред. И. М. Виноградов, т. 3 Коо—Од. М.: «Советская Энциклопедия», 1982. 1184 стб., ил. Стб. 1144—1145.
  • Арнольд В. И. Дополнительные главы теории обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Наука, 1978. 304 с., ил.
  • Клингенберг, В. Лекции о замкнутых геодезических / Пер. с англ. А. И. Грюнталя под ред. Д. В. Аносова. М.: Мир, 1982. 414 с., ил. [Klingenberg Wilhelm. Lectures on closed geodesics. Berlin·Heidelberg·New York: Springer-Verlag, 1978.]
  • Мищенко А. С., Стернин Б. Ю., Шаталов В. Е. Лагранжевы многообразия и метод канонического оператора. М.: Наука, 1978. 352 с., ил.
  • Wall C. T. C. Geometric properties of generic differentiable manifolds // Geometry and Topology. Proceedings of the School Held at the Instituto de Matematica Pura e Aplicada CNPq, Rio de Janeiro, July 1976. Conference proceedings, 1977. (Lecture Notes in Mathematics (LNM, volume 597).) P. 707–774.
  • Yale P. B. Geometry and symmetry. San Francisco·Cambridge·London·Amsterdam: Holden-Day, 1968. Pp. xi, 288. (Holden-Day series in mathematics)