设 $\pi: Y \to X$ 是一个光滑纤维丛,$\Phi: X \to Y$ 是一个 局部截面,即满足:
$$\pi \circ \Phi = \text{id}_X$$
我们可以定义该截面的一阶 Jet 延拓(Jet prolongation):
$$\boxed{j^1\Phi: X \to J^1Y}$$
它将 $X$ 中的每个点 $x \in X$ 映射到该截面在 $x$ 点处的一阶 jet:
$$x \mapsto j^1_x\Phi$$
一、一阶 jet 延拓 $j^1\Phi$:定义
Jet 延拓 $j^1\Phi$ 是将截面 $\Phi$ 本身提升到 Jet 丛 $J^1Y$ 中的映射,定义为:
$$\boxed{j^1\Phi(x) := j^1_x\Phi}$$也就是说,$j^1\Phi$ 是一个从 $X$ 到 $J^1Y$ 的映射,满足:
- 对每个 $x \in X$,$j^1\Phi(x)$ 是 $\Phi$ 在 $x$ 的一阶 jet;
- $j^1\Phi$ 自然地满足投影条件:$$\pi_1 \circ j^1\Phi = \text{id}X,\quad \pi{1,0} \circ j^1\Phi = \Phi$$ 即:
- $j^1\Phi$ 是 $J^1Y \to X$ 的一个截面;
- 它“延拓”了原始截面 $\Phi$,并编码了其一阶导数信息。
二、$j^1\Phi$:局部坐标表示
设:
- 底空间 $X$ 上的局部坐标为 $(x^i)$;
- 总空间 $Y$ 上的从属局部坐标为 $(x^i, y^\mu)$,其中:
- $x^i$ 描述底空间方向;
- $y^\mu$ 描述纤维方向(即每条 $\pi^{-1}(x)$ 上的局部坐标);
- 截面 $\Phi: X \to Y$ 的局部表达为:$$ \Phi(x) = (x^i, \Phi^\mu(x))$$即,$\Phi^\mu(x)$ 是截面 $\Phi$ 在纤维方向的坐标表示。
则其一阶 Jet 延拓 $j^1\Phi: X \to J^1Y$ 的局部表达为:$$\boxed{
j^1\Phi(x) = \left(x^i, \Phi^\mu(x), \frac{\partial \Phi^\mu}{\partial x^i}(x) \right)
}$$即:$j^1\Phi$ 把每个点 $x \in X$ 映射到三组数据:
- 原始坐标 $x^i$;
- 值 $\Phi^\mu(x)$(即 $\Phi(x)$ 在纤维方向上的取值);
- 导数 $\frac{\partial \Phi^\mu}{\partial x^i}(x)$(即 $\text{d}\Phi_x$ 在纤维方向上的雅可比分量)。
这个三元组也可以写成 $$(x^i,\Phi^a(x),\frac{\partial \Phi^a}{\partial x^i})(x)$$因为该形式并不比上面的形式提供更多关于 $\Phi$ 的信息
三、几何解释
Jet 延拓 $j^1\Phi$ 将原本“只有位置”的映射 $\Phi$ 拓展为“位置 + 一阶速度”的信息:
- 原映射 $\Phi$:$x \mapsto \Phi(x)$ 是点 $y \in Y$;
- 延拓映射 $j^1\Phi$:$x \mapsto j^1_x\Phi$ 是包含 $\Phi(x)$ 及其切映射 $\text{d}\Phi_x$ 的 jet 数据。
因此,Jet 延拓是将截面映射提升至 Jet 丛中的“导数图像”。
性质小结
- $j^1\Phi: X \to J^1Y$ 是 $J^1Y \to X$ 的一个光滑截面;
- 它将 $\Phi$ 的所有导数信息封装为点 $j^1_x(\Phi)$;
- 若 $J^1Y$ 被视为仿射丛,则 $j^1\Phi$ 给出了该仿射丛上的规范截面;
- Jet 延拓是后续变分法(如拉格朗日函数作用在 Jet 延拓上)等几何物理结构的基础操作。
