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gtd(scheda): grado di z^k su S^1
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@@ -83,7 +83,8 @@
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\newcommand{\ZZ}{\mathbb{Z}}
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\newcommand{\RR}{\mathbb{R}}
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\newcommand{\QQ}{\mathbb{Q}}
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\newcommand{\CC}{\mathcal{C}}
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\newcommand{\CC}{\mathbb{C}}
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\newcommand{\cc}{\mathcal{C}}
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\newcommand{\TT}{\mathbb{T}}
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\newcommand{\I}{\mathrm{I}}
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@@ -531,7 +531,7 @@
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\begin{definition}[Cerchio osculatore]
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Sia $\alpha$ una curva di Frenet. Si definisce il
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\textbf{cerchio osculatore} $\CC_\alpha(t)$ al tempo $t$ di $\alpha$ come
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\textbf{cerchio osculatore} $\cc_\alpha(t)$ al tempo $t$ di $\alpha$ come
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il cerchio di raggio $R_\alpha(t)$ e centro $\alpha(t) + R_\alpha(t) N_\alpha(t)$ contenuto
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nel piano osculatore $\Pi_\alpha(t)$.
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\end{definition}
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@@ -541,23 +541,23 @@
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\[
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f_{P, R}(t) \defeq \norm{\alpha(t) - P}^2 - R^2.
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\]
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Consideriamo i cerchi di raggio $P$ e $R$ nel piano $\Pi_\alpha(t_0)$, denotati con $\CC(P, R)$.
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Consideriamo i cerchi di raggio $P$ e $R$ nel piano $\Pi_\alpha(t_0)$, denotati con $\cc(P, R)$.
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Si pongano le seguenti condizioni:
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\begin{itemize}
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\item $f_{P, R}(t_0) = 0$, ovverosia il cerchio $\CC(P, R)$ passa per $\alpha(t_0)$;
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\item $f_{P, R}(t_0) = 0$, ovverosia il cerchio $\cc(P, R)$ passa per $\alpha(t_0)$;
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\item $f_{P, R}'(t_0) = f_{P, R}''(t_0) = 0$, ovverosia il
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cerchio $\CC(P, R)$ approssima $\alpha$ in $t_0$ fino al secondo ordine.
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cerchio $\cc(P, R)$ approssima $\alpha$ in $t_0$ fino al secondo ordine.
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\end{itemize}
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Allora l'unico cerchio $\CC(P, R)$
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Allora l'unico cerchio $\cc(P, R)$
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soddisfacente le sopracitate condizioni
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è il cerchio osculatore $\CC_\alpha(t_0)$ al tempo $t_0$ di $\alpha$.
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è il cerchio osculatore $\cc_\alpha(t_0)$ al tempo $t_0$ di $\alpha$.
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\end{proposition}
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\begin{proof}
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Osserviamo che:
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\[ f_{P, R}'(t) = 2 \alpha'(t) \cdot (\alpha(t) - P), \]
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e quindi $f_{P, R}'(t_0) = 0$ implica $T_{\alpha}(t_0) \perp \alpha(t_0) - P$.
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Dal momento che il cerchio $\CC(P, R)$ deve essere contenuto nel piano osculatore
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Dal momento che il cerchio $\cc(P, R)$ deve essere contenuto nel piano osculatore
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di $\alpha(t_0)$, allora $\alpha(t_0) - P \parallel N_\alpha(t_0)$. \medskip
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Inoltre:
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+75
@@ -1961,4 +1961,79 @@
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aperto anche un valore regolare di $g$. Per il Lemma \ref{lem:omotopia_intero},
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dunque $f$ e $g$ condividono lo stesso grado intero.
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\end{proof}
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\begin{corollary}
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Sia $M$ una varietà chiusa e connessa. Se $f : M \to M$
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è un diffeomorfismo di grado $\deg(f) = -1$, allora
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$f$ non è omotopa all'identità $\id_M$, né a una mappa costante $c_x$ per
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$x \in M$.
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\end{corollary}
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\begin{proof}
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La tesi è un'immediata conseguenza del Teorema \ref{thm:fondamentale_grado_intero},
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dal momento che $\deg(\id_M) = 1$ e $\deg(c_x) = 0$ (infatti $c_x$ non è surgettiva).
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\end{proof}
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\begin{proposition}[Il grado è moltiplicativo]
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Sia $M$ una varietà orientata, chiusa e connessa. Se $f$ e $g$ sono due
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mappe lisce da $M$ in sé stessa, allora:
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\[
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\boxed{\deg(f \circ g) = \deg(f) \deg(g).}
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\]
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\end{proposition}
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\begin{proof}
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...
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\end{proof}
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\subsection{Applicazioni immediate della teoria del grado intero}
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\begin{lemma} \label{lem:grado_zk}
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Sia $f_k : S^1 \to S^1$ tale per cui:
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\[
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f_k(z) = z^k \in \CC,
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\]
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dove si è identificato $S^1 \subseteq \RR^2$ in $\CC$.
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Allora $1$ è un valore regolare di $f_k$ e $\deg(f_k) = k$. \smallskip
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Quindi, per $k \neq 0$, $f_k$ \underline{non} può estendersi a una mappa
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liscia da $D^2$ a $S^1$.
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\end{lemma}
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\begin{proof}
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Consideriamo l'elemento $1 \in S^1$. Osserviamo che
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$f_k\inv(1)$ è l'insieme delle radici $k$-esime dell'unità,
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e quindi contiene esattamente $k$ elementi (a meno del segno). \smallskip
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La funzione $f_k$ si estende a $F_k(z) = z^k$ su tutto $\CC$. Osserviamo
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che $T_1 S^1 = \Span(i)$. Per determinare allora il segno di $\dif (f_k)_1$ è
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sufficiente considerare la seguente derivata:
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\[
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\dif (f_k)_1 (i) = \dertime{e^{i t k}}{t=0} = k i.
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\]
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Dunque $\dif (f_k)_1$ è un isomorfismo per $k \neq 0$, e preserva l'orientazione
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se $k > 0$, mentre non la preserva se $k < 0$. \smallskip
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Sia ora $\xi = e^{i \theta_0} \in f_k\inv(1)$. Consideriamo il diffeomorfismo $h_\xi : S^1 \to S^1$ tale
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per cui:
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\[
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h_\xi(z) = \xi \cdot z,
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\]
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ovverosia la rotazione indotta da $\xi$. Si verifica facilmente che:
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\[
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H : S^1 \times [0, 1] \to S^1, \quad H(z, t) = e^{i \theta_0 t} z
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\]
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è un'omotopia liscia da $\id_{S^1}$ a $h_\xi$. Dunque $\deg(h_\xi; 1) = \deg(\id_{S^1}; 1) = 1$. \smallskip
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Osserviamo che $f_k = f_k \circ h_\xi$. Quindi:
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\[
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\dif (f_k)_1 = \dif (f_k \circ h_\xi)_1 = \dif (f_k)_\xi \circ \dif (h_\xi)_1 = \dif (f_k)_\xi \circ h_\xi.
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\]
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Dal momento che $h_\xi$ è invertibile, si deduce che $\dif (f_k)_\xi$ è sempre un isomorfismo, e
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dunque che $1$ è un valore regolare. Inoltre, dalla stessa uguaglianza si deduce per la
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moltiplicatività del segno dei differenziali che $\sgn(\dif (f_k)_1) = \sgn(\dif (f_k)_\xi)$. \smallskip
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Si conclude facilmente allora che $\deg(f) = \deg(f; 1) = k$. L'ultima affermazione è conseguenza
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del Lemma \ref{lem:grado_mappa_estendibile}.
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\end{proof}
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\end{multicols*}
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Reference in New Issue
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