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Kurs:Differentialgeometrie (Osnabrück 2023)/Arbeitsblatt 11/latex

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\setcounter{section}{11}






\zwischenueberschrift{Übungsaufgaben}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass das \definitionsverweis {Produkt}{}{}
\mathl{M \times N}{} von zwei \definitionsverweis {differenzierbaren Mannigfaltigkeiten}{}{} \mathkor {} {M} {und} {N} {} selbst wieder eine differenzierbare Mannigfaltigkeit ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien \mathkor {} {M_1 \subseteq N_1} {und} {M_2 \subseteq N_2} {} \definitionsverweis {abgeschlossene Untermannigfaltigkeiten}{}{.} Zeige, dass ihr \definitionsverweis {Produkt}{}{}
\mathl{M_1 \times M_2}{} eine abgeschlossene Untermannigfaltigkeit von
\mathl{N_1 \times N_2}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Beschreibe die Karten auf dem \definitionsverweis {Torus}{}{}
\mathl{S^1 \times S^1}{,} die von den stereographischen Projektionen herrühren.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass
\mathl{\R^2 \setminus \{0\}}{} \definitionsverweis {diffeomorph}{}{} zu einem Produkt aus eindimensionalen \definitionsverweis {Mannigfaltigkeiten}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass das \definitionsverweis {Produkt}{}{}
\mathl{M \times N}{} von zwei \definitionsverweis {wegzusammenhängenden}{}{} \definitionsverweis {differenzierbaren Mannigfaltigkeiten}{}{} \mathkor {} {M} {und} {N} {} wieder wegzusammenhängend ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $M$ eine \definitionsverweis {differenzierbare Mannigfaltigkeit}{}{} und \maabbeledisp {\varphi} {M} {M \times M } {x} {(x,x) } {,} die \definitionsverweis {Diagonalabbildung}{}{} in das \definitionsverweis {Produkt}{}{}
\mathl{M \times M}{.} Zeige, dass die \definitionsverweis {Diagonale}{}{} $\varphi(M)$ eine \definitionsverweis {abgeschlossene Untermannigfaltigkeit}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $M$ eine \definitionsverweis {differenzierbare Mannigfaltigkeit}{}{.} Zeige, dass die Vertauschungsabbildung \maabbeledisp {} {M \times M} { M \times M } {(P,Q)} {(Q,P) } {,} ein \definitionsverweis {Diffeomorphismus}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Beschreibe den Torus
\mathl{S^1 \times S^1}{} als \definitionsverweis {Rotationsmenge}{}{} im $\R^3$.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{R>0}{} und betrachte die Abbildung \maabbeledisp {} {\R^3} {\R } {(x,y,z)} { { \left( \sqrt{x^2+y^2}- R \right) }^2 +z^2 } {.} Bestimme die \definitionsverweis {regulären Punkte}{}{} der Abbildung und die Gestalt der Faser über
\mathl{s \in \R}{.} Wie ändert sich die Gestalt beim Übergang von
\mathl{\sqrt{s} < R}{} zu
\mathl{\sqrt{s} > R}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Erstelle eine Animation, die Aufgabe 11.9 illustriert.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Definiere die Abbildung \maabbdisp {} {S^1 \times S^1} { S^2 } {,} die zu einem Winkelpaar
\mathl{(\alpha, \beta)}{} die erste Komponente als Äquatorpunkt interpretiert und von dort aus mit der zweiten Komponente auf dem Großkreis Richtung Norden wandert. Ist die Abbildung \definitionsverweis {differenzierbar}{}{?} Wie sehen die Fasern der Abbildung aus?

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Man gebe ein heuristisches Argument, dass die Einheitssphäre
\mathl{S^2}{} und der Torus
\mathl{S^1 \times S^1}{} nicht \definitionsverweis {homöomorph}{}{} sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zu welcher \definitionsverweis {differenzierbaren Mannigfaltigkeit}{}{} ist
\mathl{S^1 \times S^1 \setminus \triangle}{,} also der Torus ohne die \definitionsverweis {Diagonale}{}{,} \definitionsverweis {diffeomorph}{}{?}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {Torus}{}{.} Man gebe eine surjektive \definitionsverweis {differenzierbare Abbildung}{}{} \maabbdisp {\varphi} {\R^2} {X } {} derart an, dass auch die \definitionsverweis {Tangentialabbildung}{}{} \maabbdisp {T_P(\varphi)} { T_P\R^2 } { T_{\varphi(P)}X } {} in jedem Punkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ \in }{ \R^2 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} surjektiv ist.

}
{} {}

In den folgenden Aufgaben wird das relative Produkt von Mengen und topologischen Räumen eingeführt.


\inputaufgabe
{}
{

Es seien
\mathl{L_1,L_2,M}{} Mengen und \maabbdisp {p_1} {L_1} {M } {} und \maabbdisp {p_2} {L_2} {M } {} Abbildungen. Wir definieren
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{L_1 \times_M L_2 }
{ \defeq} { { \left\{ (x_1,x_2) \mid p_1(x_1) = p_2(x_2) \right\} } }
{ \subseteq} { L_1 \times L_2 }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} \aufzaehlungzwei {Zeige, dass es ein kommutatives Diagramm


\mathdisp {\begin{matrix} L_1 \times_M L_2 & \stackrel{ }{\longrightarrow} & L_1 & \\ \downarrow & & \downarrow & \\ L_2 & \stackrel{ }{\longrightarrow} & M & \!\!\!\!\! \\ \end{matrix}} { }

gibt. } {Es sei $T$ eine weitere Menge und \maabb {\psi_1} {T} {L_1 } {} und \maabb {\psi_2} {T} {L_2 } {} Abbildungen mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ p_1 \circ \psi_1 }
{ =} { p_2 \circ \psi_2 }
{ } { }
{ } { }
{ } {}
} {}{}{.} Zeige, dass es eine eindeutig bestimmte Abbildung \maabbdisp {\psi} {T} {L_1 \times_M L_2 } {} derart gibt, dass die Projektionen auf \mathkor {} {L_1} {bzw.} {L_2} {} mit $\psi_1,\psi_2$ übereinstimmen. }

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien
\mathl{L_1,L_2,M}{} \definitionsverweis {topologische Räume}{}{} und \maabbdisp {p_1} {L_1} {M } {} und \maabbdisp {p_2} {L_2} {M } {} \definitionsverweis {stetige Abbildungen}{}{.} Wir definieren
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{L_1 \times_M L_2 }
{ \defeq} { { \left\{ (x_1,x_2) \mid p_1(x_1) = p_2(x_2) \right\} } }
{ \subseteq} { L_1 \times L_2 }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit der \definitionsverweis {induzierten Topologie}{}{.} \aufzaehlungzwei {Zeige, dass es ein kommutatives Diagramm


\mathdisp {\begin{matrix} L_1 \times_M L_2 & \stackrel{ }{\longrightarrow} & L_1 & \\ \downarrow & & \downarrow & \\ L_2 & \stackrel{ }{\longrightarrow} & M & \!\!\!\!\! \\ \end{matrix}} { }

mit stetigen Abbildungen gibt. } {Es sei $T$ ein weiterer topologischer Raum und \maabb {\psi_1} {T} {L_1 } {} und \maabb {\psi_2} {T} {L_2 } {} stetige Abbildungen mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ p_1 \circ \psi_1 }
{ =} { p_2 \circ \psi_2 }
{ } { }
{ } { }
{ } {}
} {}{}{.} Zeige, dass es eine eindeutig bestimmte stetige Abbildung \maabbdisp {\psi} {T} {L_1 \times_M L_2 } {} derart gibt, dass die Projektionen auf \mathkor {} {L_1} {bzw.} {L_2} {} mit $\psi_1,\psi_2$ übereinstimmen. }

}
{} {}

In der Situation der beiden vorstehenen Aufgaben bezeichnet man $L_1 \times_M L_2$ \zusatzklammer {mit der Projektion auf $L_2$} {} {} auch als $p_2^*L_1$ bzw. als
\mathl{p_1^*L_2}{,} die Vorstellung ist dabei, dass man das Objekt \maabb {p_1} {L_1} {M } {} längs $p_2$ auf die neue Basis $L_2$ zurückzieht.




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabb {p} {Y} {X } {} eine \definitionsverweis {stetige Abbildung}{}{} zwischen den \definitionsverweis {topologischen Räumen}{}{} \mathkor {} {X} {und} {Y} {.} Zeige, das für das \definitionsverweis {relative Produkt}{}{} die Beziehung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ X \times_X Y }
{ \cong} { Y }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gilt \zusatzklammer {wobei \maabb {} {X} {X } {} die Identität sei} {} {.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabb {p} {Y} {X } {} eine \definitionsverweis {stetige Abbildung}{}{} zwischen den \definitionsverweis {topologischen Räumen}{}{} \mathkor {} {X} {und} {Y} {.} Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ x }
{ \in }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein Punkt mit der zugehörigen Abbildung \maabbdisp {\iota} {\{x\}} { X } {.} Zeige, das für das \definitionsverweis {relative Produkt}{}{} die Beziehung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \{x\} \times_X Y }
{ \cong} { Y_x }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gilt, also das relative Produkt mit der \definitionsverweis {Faser}{}{} übereinstimmt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien \mathkor {} {X,U} {und} {V} {} \definitionsverweis {topologische Räume}{}{} und seien \maabb {p_1} {X \times U} {X } {} und \maabb {p_2} {X \times V} {X } {} die kanonischen Projektionen nach $X$. Zeige, das für das \definitionsverweis {relative Produkt}{}{} die Beziehung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ { \left( X \times U \right) } \times_X { \left( X \times V \right) } }
{ \cong} { X \times U \times V }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gilt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien \maabb {f,g} {\R} {\R } {} \definitionsverweis {stetige Funktionen}{}{.} \aufzaehlungdrei{Zeige, dass für das \definitionsverweis {relative Produkt}{}{} \zusatzklammer {die Funktionen treten in der Notation nicht explizit auf} {} {}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \R \times_\R \R }
{ =} { { \left\{ (x,y) \in \R^2 \mid f(x) = g(y) \right\} } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gilt. }{Skizziere
\mathl{\R \times_\R \R}{} für eine Auswahl an Funktionen
\mathl{(f,g)}{.} }{Bestimme in (2), ob
\mathl{\R \times_\R \R}{} \definitionsverweis {singuläre Punkte}{}{} besitzt. }

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien \mathkor {} {X,Y} {und} {Z} {} \definitionsverweis {topologische Räume}{}{} und seien \maabb {\varphi} {Y} {X } {} und \maabb {p} {Z} {X } {} \definitionsverweis {stetige Abbildungen}{}{.} Es sei \maabbdisp {p_Y} {Y \times_XZ } {Y } {.} Zeige, dass ein \definitionsverweis {stetiger Schnitt}{}{} \maabb {s} {Y} { Y \times_XZ } {} das gleiche ist wie eine stetige Abbildung \maabb {t} {Y} {Z } {} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ p \circ t }
{ = }{ \varphi }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien
\mathl{X,Y,Z}{} und $X'$ \definitionsverweis {topologische Räume}{}{} und es liege ein kommutatives Diagramm von \definitionsverweis {stetigen Abbildungen}{}{}
\mathdisp {\begin{matrix} & Y& \stackrel{}{\longrightarrow} &Z \\ & & \searrow& \downarrow \\ & X' & \stackrel{\varphi}{ \longrightarrow } & X \end{matrix}} { }
vor. Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ Y' }
{ = }{ \varphi^*Y }
{ = }{ Y \times_X X' }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ Z' }
{ = }{ \varphi^*Z }
{ = }{ Z \times_X X' }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass ein kommutatives Diagramm
\mathdisp {\begin{matrix} & Y' & \stackrel{}{\longrightarrow} & Z' \\ & & \searrow& \downarrow \\ & & & X' \end{matrix}} { }
vorliegt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien \mathkor {} {X,Y,Z} {und} {W} {} \definitionsverweis {topologische Räume}{}{} und seien \maabb {} {W} {X } {} und
\mathdisp {Z \stackrel{\varphi}{\longrightarrow} Y\stackrel{\psi}{\longrightarrow} X} { }
\definitionsverweis {stetige Abbildungen}{}{.} Zeige, dass das \definitionsverweis {relative Produkt}{}{} \zusatzklammer {beziehungsweise der Rückzug} {} {} die Beziehung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \varphi^* { \left( \psi^*W \right) } }
{ =} { Z \times_Y { \left( Y \times_X W \right) } }
{ =} { Z \times_XW }
{ =} { ( \psi \circ \varphi)^*W }
{ } { }
} {}{}{} erfüllt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Betrachte die \definitionsverweis {Kreislinie}{}{} $S^1$. Definiere eine \stichwort {differenzierbare Gruppenstruktur} {} auf $S^1$, also ein neutrales Element
\mathl{P \in S^1}{,} eine \definitionsverweis {differenzierbare Abbildung}{}{} \maabbeledisp {\alpha} {S^1} {S^1 } {x} { \alpha (x) } {,} und eine differenzierbare Abbildung \maabbeledisp {} {T = S^1 \times S^1} {S^1 } {(x,y)} { \varphi(x,y) } {,} derart, dass $S^1$ mit diesen Daten zu einer \definitionsverweis {kommutativen Gruppe}{}{} wird.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Betrachte die \definitionsverweis {allgemeine lineare Gruppe}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{G }
{ = }{\operatorname{GL}_{ n } \! { \left( \R \right) } }
{ \subseteq }{ \R^{n^2} }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} als \definitionsverweis {offene Untermannigfaltigkeit}{}{} des $\R^{n^2}$. Definiere eine \stichwort {differenzierbare Gruppenstruktur} {} auf $G$, also ein neutrales Element
\mathl{P \in G}{,} eine \definitionsverweis {differenzierbare Abbildung}{}{} \maabbeledisp {\alpha} {G} {G } {x} { \alpha (x) } {,} und eine differenzierbare Abbildung \maabbeledisp {\varphi} {G \times G} {G } {(x,y)} { \varphi(x,y) } {,} derart, dass $G$ mit diesen Daten zu einer \definitionsverweis {Gruppe}{}{} wird.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass die \definitionsverweis {Abbildung}{}{} \maabbeledisp {\varphi} {S^1 \times \R } {S^1 \times \R } {(x_1 , x_2;t)} {(-x_1 , -x_2; -t) } {,} ein \definitionsverweis {fixpunktfreier}{}{} \definitionsverweis {Diffeomorphismus}{}{} ist, der zu sich selbst invers ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ D }
{ = }{ x^2 \partial_x + { \left( x-y^2 \right) } \partial_y }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Berechne
\mathdisp {D { \left( 4x^2-xy+5y^3 \right) }} { . }

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ D }
{ = }{ \sum_{j = 1}^n g_j \partial_j }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein Differentialoperator auf einer offenen Menge
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ U }
{ \subseteq }{ \R^n }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Die Auswertung von $D$ an welchen differenzierbaren Funktionen gibt die Koeffizientenfunktionen $g_j$ aus?

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ D }
{ = }{ \sum_{j = 1}^n g_j \partial_j }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein Differentialoperator auf einer offenen Menge
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ U }
{ \subseteq }{ \R^n }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass $D$ ein Differentialoperator im Sinne der Definition 11.4 ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $M$ eine \definitionsverweis {differenzierbare Mannigfaltigkeit}{}{} und $D$ ein differenzierbares \definitionsverweis {Vektorfeld}{}{} auf $M$. Zeige
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ [ D,D] }
{ = }{ 0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $M$ eine $C^3$-\definitionsverweis {differenzierbare Mannigfaltigkeit}{}{.} Zeige, dass für $C^2$-\definitionsverweis {Vektorfelder}{}{} $D,E,F$ auf $M$ die sogenannte \stichwort {Jacobi-Identität} {}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ [ [D,E],F] + [ [E,F],D] + [ [F,D],E] }
{ =} { 0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gilt.

}
{} {}


Es sei $V$ ein \definitionsverweis {Vektorraum}{}{} über einem \definitionsverweis {Körper}{}{} $K$ und sei \maabbeledisp {} {V \times V} { V } {(f,g)} { [f,g] } {,} eine \definitionsverweis {Verknüpfung}{}{} auf $V$. Man nennt
\mathl{(V, [-,-])}{} eine \definitionswort {Lie-Algebra}{,} wenn die folgenden drei Bedingungen erfüllt sind. \aufzaehlungdrei{$[-,-]$ ist \definitionsverweis {bilinear}{}{.} }{$[-,-]$ erfüllt die sogenannte \stichwort {Jacobi-Identität} {,} d.h. für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ u,v,w }
{ \in }{ V }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gilt
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ [ [u,v],w] + [ [v,w],u] + [ [w,u],v] }
{ =} { 0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} }{Es ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ [v,v] }
{ = }{ 0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} für alle
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ v }
{ \in }{ V }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} }





\inputaufgabe
{}
{

Es sei $M$ eine $C^\infty$-\definitionsverweis {Mannigfaltigkeit}{}{} und sei $V$ der Raum aller $C^\infty$-\definitionsverweis {Vektorfelder}{}{} auf $M$. Zeige, dass $V$ mit der \definitionsverweis {Lie-Klammer}{}{} von Vektorfeldern eine \definitionsverweis {Lie-Algebra}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $V$ ein $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} über einem \definitionsverweis {Körper}{}{} $K$ und sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ L }
{ =} { \operatorname{End}_{ } \, (V) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} die Menge aller linearen $K$-\definitionsverweis {Endomorphismen}{}{} von $V$ nach $V$. Zeige, dass $L$, versehen mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ [f,g] }
{ \defeq} { f \circ g -g \circ f }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,} eine \definitionsverweis {Lie-Algebra}{}{} ist.

}
{} {}






\zwischenueberschrift{Aufgaben zum Abgeben}




\inputaufgabe
{5}
{

Es sei
\mathl{0 < r < R}{} und sei
\mathdisp {T = { \left\{ (x,y,z) \in \R^3 \mid { \left( \sqrt{x^2+y^2} -R \right) }^2 +z^2 = r^2 \right\} }} { . }
Zeige, dass die Abbildung \maabbeledisp {} {S^1 \times S^1} {T } {( \varphi, \psi) } {( (R +r \cos \psi) \cos \varphi, (R+ r \cos \psi ) \sin \varphi , r \sin \psi ) } {} eine \definitionsverweis {Bijektion}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{6}
{

Es sei $T$ ein \definitionsverweis {Torus}{}{} und seien
\mathl{P,Q \in T}{} zwei Punkte. Zeige, dass es eine gemeinsame Kartenumgebung
\mathl{P,Q \in U \subseteq T}{} derart gibt, dass die Kartenabbildung \maabbdisp {\alpha} {U} {V } {} eine \definitionsverweis {Homöomorphie}{}{} mit
\mathl{V= {]0,1[} \times {]0,1[}}{} ergibt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{3}
{

Zeige, dass das \definitionsverweis {relative Produkt}{}{} $\R \times_\R \R$ für stetig differenzierbare Funktionen \maabbdisp {f,g} {\R} {\R } {} keine \definitionsverweis {topologische Mannigfaltigkeit}{}{} sein muss.

}
{} {}




\inputaufgabe
{2}
{

Es sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ D }
{ =} { { \left( xy^2- \sin z \right) } \partial_x + { \left( e^{x+y+z} \right) } \partial_y+ { \left( xy^3z \right) } \partial_z }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Berechne
\mathdisp {D { \left( 7e^{xy}- \cos \left( z^3+y^5 \right) -x^4y^3 + y^2z^3e^{z} \right) }} { . }

}
{} {}




\inputaufgabe
{2}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ W }
{ \subseteq }{\R^n }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {offen}{}{,} \maabb {h} {W} { \R } {} eine \definitionsverweis {stetig differenzierbare Funktion}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ Y }
{ = }{ h^{-1}(0) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} die \definitionsverweis {Faser}{}{} zu $0$, wobei $h$ in jedem Punkt von $Y$ \definitionsverweis {regulär}{}{} sei und somit eine diffferenzierbare Mannigfaltigkeit definiere. Es sei $D$ ein Differentialoperator erster Ordnung zu einem stetigen Vektorfeld auf $Y$. Zeige
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ D(gh) }
{ =} { 0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für jede differenzierbare Funktion $g$ auf $Y$.

}
{} {}




\inputaufgabe
{4 (1+1+1+1)}
{

Wir betrachten auf dem $\R^3$ die \definitionsverweis {Vektorfelder}{}{}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ D }
{ =} { -y \partial_x + z\partial_y -x \partial_z }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ E }
{ =} { 5 \partial_x - 3\partial_y + \cos \left( xy \right) \partial_z }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,} und
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ F }
{ =} { 4e^{xyz} \partial_y -z^3 \partial_z }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} \aufzaehlungvier{Berechne
\mathl{[D,E]}{.} }{Berechne
\mathl{[D,F]}{.} }{Berechne
\mathl{[E,F]}{.} }{Berechne
\mathl{[ [D,E], F]}{.} }

}
{} {}