C^k微分结构是用一个C^k-图册定义的,这个图册是在流形M的一些子集(这些子集的并集是整个M)与n维向量空间的一些开子集之间的双射集合(称为坐标卡)。这些坐标卡需要满足C^k-相容的条件,即当两个坐标卡的定义域有交集时,它们之间的转移映射(即一个坐标卡映射下的像到另一个坐标卡映射下的像的映射)需要有k阶连续导数。
也就是说,
坐标卡相容是指在微分几何中,两个坐标卡在重叠区域内的坐标变换是连续的,即它们在重叠部分可以平滑地过渡,不会产生跳跃或断裂。这种相容性确保了在流形上的坐标变换是局部光滑的,从而使得微分几何的分析和计算变得可行。
这里转载网友的一个例子进一步说明:
定义映射:
上面的映射相当于降维,而逆映射相当于升维。
先验证坐标卡的相容性:
可以得到:
同样:
以上的复合运算的结果还是相当于n维球面被降维。
这其实还是因为n维球面方程
具有n阶连续导数。
因此得到
微分结构,球面是一个光滑流形。
C^k微分结构本质上是一个满足一定条件的坐标卡集,涉及到多个映射和它们之间的关系(即相容性),而不仅仅是一个单一的映射关系。这种结构为在流形上进行微分运算提供了基础。