光滑流形與微分拓樸
薩德定理(Sard's theorem)
/ SARDZ /
正則值定理很美妙,但若正則值稀少便毫無用處。薩德定理讓我們安心:它們無處不在——對任何光滑映射,那些壞值——微分降秩之點的像——構成一個小到可忽略的集合。所以正則值不是僥倖的意外;幾乎每個值都正則,而你總能擾動以找到一個。
精確地說,設 f: M -> N 光滑(C^infinity,或相對於維數而言 k 夠大的 C^k)。臨界點是 df_p 不滿射的 p;臨界值是臨界點的像。薩德定理斷言臨界值的集合在 N 中測度為零。從而其補集——正則值——是全測度的,特別地稠密;由貝爾定理,當 f 為真時它甚至是剩餘集。注意這個不對稱:臨界點的集合可能巨大——對常值映射每一點都臨界——但它們的像,即臨界值,仍是測度零。
這是驅動微分拓樸的一般性陳述。它保證水平集 f^{-1}(c) 對幾乎每個 c 都是流形,保證一般光滑映射可擾動使其與給定子流形橫截,保證莫爾斯函數稠密(嵌入流形上幾乎每個高度函數都是莫爾斯),並支撐度理論的定義良好性。誠實的細則:測度零不代表在每種意義下都小——正則值稠密,但臨界值也可能稠密,而可微性假設確實重要。存在使結論失效的 C^1 映射;所需光滑度隨維數降幅增長,這就是為何穩妥起見人們對 C^infinity 陳述薩德定理。
把豎立於 R^3 中的環面投影到鉛直軸作為高度函數。它的四個臨界點(底、兩個鞍點、頂)給出四個臨界高度——R 中一個測度零的集合——故其餘每個高度都是正則值,把環面切成光滑的水平曲線。
只有有限個高度臨界;幾乎所有高度都正則。
測度零不等於小或閉:臨界值可以稠密。且此定理需要足夠的光滑度——當維數降幅大時對僅僅 C^1 的映射可能失效,故請對 C^infinity 陳述它。
又称
另见