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gtd(scheda): caratteristica di Eulero-Poincaré di S^m
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@@ -2391,7 +2391,7 @@
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\subsection{Teorema di Poincaré-Hopf}
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\begin{theorem}[Poincaré-Hopf]
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\begin{theorem}[Poincaré-Hopf] \label{thm:poincare_hopf}
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Sia $M$ una varietà compatta con bordo, eventualmente vuoto.
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Se $v : M \to \RR^k$ è un campo vettoriale tangente con
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zeri isolati e $\restr{v}{\partial M}$ è esterno in ogni punto
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@@ -2412,6 +2412,43 @@
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\end{corollary}
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\begin{proof}
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...
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Consideriamo il campo vettoriale tangente:
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\[
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v : S^m \to \RR^{m+1}, \quad v(x) = \pi_{x^\perp}(N) = N - (N \cdot x) x,
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\]
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dove $N = e_{m+1} \in S^m$. Osserviamo che $v$ si annulla solamente in $\pm N$.
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Consideriamo le parametrizzazioni locali $g_\pm : U \to \RR^m \times \RR$ di $\pm N$, dove:
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\[
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g_\pm(u) = (u, \pm \sqrt{1 - u \cdot u}), \quad U = B_1(0) \subseteq \RR^m.
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\]
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Osserviamo che:
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\[
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\pd{}{u_i} \sqrt{1 - u \cdot u} = - \frac{u_i}{\sqrt{1 - u \cdot u}},
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\]
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da cui si deduce che:
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\[
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J g_\pm = \begin{pmatrix}
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I \\
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\mp \frac{u}{\sqrt{1 - u \cdot u}}
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\end{pmatrix}.
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\]
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Posto $\xi_\pm(u) \defeq \mp \sqrt{1 - u \cdot u} \, u$, si osserva che:
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\[
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(\dif g_\pm)_u(\xi_\pm(u)) = J (g_\pm)_u \, \xi_\pm(u) = v(g(u)).
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\]
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Quindi $\ind(v, \pm N) = \ind(\xi_\pm, 0)$. Osserviamo che $\xi_\pm$ si può
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riscalare per essere $\id_{S^{m-1}}$ nel caso positivo e la mappa
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antipodale nel caso negativo. \smallskip
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Per il Teorema \ref{thm:poincare_hopf} e il Lemma \ref{lem:grado_antipodale}, allora si ha:
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\[
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\begin{split}
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\chi(S^m) = \ind(v, N) + \ind(v, -N) = \hspace{2cm} \\
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\hspace{2cm} 1 + (-1)^m = \begin{cases}
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0 & \text{se $m$ è dispari}, \\
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2 & \text{se $m$ è pari}.
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\end{cases}
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\end{split}
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\]
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\end{proof}
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\end{multicols*}
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