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1701047765 定理8.1 设n是正偶数,p∶Sn→X是复叠映射,则p是2叶复叠映射或同胚映射.
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1701047769 证明 因为Sn单连通,p是泛复叠映射,所以p的叶数就是复叠变换群(Sn,p)中元素的个数,要证#(Sn,p)≤2.
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1701047773 如果g∈(Sn,p),g不是id∶Sn→Sn,则g无不动点,即g(x)≠x=-h(x).于是(第四章§1例2),从而deg(g)=deg(h)=(-1)n+1=-1.
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1701047783 于是,若g1,g2∈(Sn,p)都不是id,则deg(g1g2)=deg(g1)·deg(g2)=1,因此g1g2=id.同理g1g1=id.则g1=g1g1g2=g2.这样,(Sn,p)最多只有一个非单位元,即(Sn,p)≤2. ▎
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1701047785 如果n是奇数,定理的结论就不成立了.例如可构造S1到S1的任何正整数叶的复叠映射,又如S3到透镜空间L(p,q)有p叶的复叠映射.
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1701047787 下面讨论球面上的连续切向量场.
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1701047789 球面Sn上的连续切向量场是指对每一点x∈Sn,规定Sn在x处的一个切向量v(x),并且v(x)连续地依赖于x.如把En+1看作n+1维向量空间,则Sn上的一个连续切向量场就是一个连续映射v∶Sn→En+1,满足内积v(x)·x=0,∀x∈Sn.如果在x处v(x)=0,则称x是v的奇点.
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1701047791 定理8.2 当n为偶自然数时,Sn的连续切向量场一定有奇点.
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1701047793 证明 用反证法.如果连续切向量场v没有奇点,则可规定f∶Sn→Sn为
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1701047796 ∀x∈Sn.
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1701047801 因为v(x)·x=0,所以f(x)·x=0,从而f(x)≠±x,∀x∈Sn.由此推出(从f(x)≠-x,∀x∈Sn),和(从f(x)≠x,∀x∈Sn)(见第四章§1的例2).于是但deg(h)=-1,deg(id)=1,与命题8.1的(2)矛盾. ▎
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1701047803 如果‖v(x)‖=1,∀x∈Sn(即v(x)总是单位向量,就称v是Sn上的单位切向量场.于是定理8.2的另一说法是:当n是正的偶数时,Sn上没有连续的单位切向量场.
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1701047808 图8-2
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1701047810 在n=2时,定理还有一个直观的说法:一个球面上如果长满了毛发,不可能将毛发处处平顺地梳拢到球面上.也就是说在有的点上的毛发不论往哪个方向梳,总要与周围毛发的方向不协调.以这种点为心的一个小圆圈上,毛发的方向不会是图8-2(a)的情形(否则让圆内各点处的毛发按圆圈上的方向梳理,x就不是特殊点了),而是像(b),(c)或者更加复杂的情形,即毛发在x处“打旋”.图8-3的(a)和(b)分别画出了有一个和两个旋点的情形.
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