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Density on a manifold

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1469: 1662: 800: 2176: 2595: 401: 2855: 2040: 2710: 1146: 1338: 1323: 1837: 2293: 622: 2394: 3034: 2880:
argument. Thus 1-densities are a generalization of the notion of a volume form that does not necessarily require the manifold to be oriented or even orientable. One can more generally develop a general theory of
1514: 660: 3172: 2055: 2491: 260: 2744: 2484: 910: 3283: 849: 3238: 2929: 1894: 2613: 1464:{\displaystyle \operatorname {Or} (V)\otimes \operatorname {Vol} (V)=\bigwedge ^{n}V^{*},\quad \operatorname {Vol} (V)=\operatorname {Or} (V)\otimes \bigwedge ^{n}V^{*}.} 1004: 3070: 1191: 1709: 2215: 508: 2323: 4246: 2945: 3437: 104:. On non-orientable manifolds this identification cannot be made, since the density bundle is the tensor product of the orientation bundle of 4241: 2932: 3528: 3552: 3747: 1657:{\displaystyle \mu (Av_{1},\ldots ,Av_{n})=\left|\det A\right|^{s}\mu (v_{1},\ldots ,v_{n}),\quad A\in \operatorname {GL} (V).} 795:{\displaystyle o(Av_{1},\ldots ,Av_{n})=\operatorname {sign} (\det A)o(v_{1},\ldots ,v_{n}),\quad A\in \operatorname {GL} (V)} 3617: 3374: 3341: 3319: 2171:{\displaystyle \operatorname {Vol} ^{s_{1}}(V)\otimes \operatorname {Vol} ^{s_{2}}(V)=\operatorname {Vol} ^{s_{1}+s_{2}}(V).} 3843: 2590:{\displaystyle t_{\alpha }:\left|\Lambda \right|_{M}^{s}|_{U_{\alpha }}\to \phi _{\alpha }(U_{\alpha })\times \mathbb {R} } 396:{\displaystyle \mu (Av_{1},\ldots ,Av_{n})=\left|\det A\right|\mu (v_{1},\ldots ,v_{n}),\quad A\in \operatorname {GL} (V).} 3108: 2850:{\displaystyle \int _{U_{\alpha }}f=\int _{\phi _{\alpha }(U_{\alpha })}t_{\alpha }\circ f\circ \phi _{\alpha }^{-1}d\mu } 2724:
on manifolds. Indeed, the definition of a density is motivated by how a measure dx changes under a change of coordinates (
3896: 3424: 4180: 3945: 2449: 3928: 3537: 4289: 3357: 854: 4140: 3547: 4125: 3848: 3622: 3181:-densities (rather than 1-densities). Also in these conventions, a conformal metric is identified with a 131:
In general, there does not exist a natural concept of a "volume" for a parallelotope generated by vectors
4170: 3243: 2869: 808: 3201: 2892: 4175: 4145: 3853: 3809: 3790: 3557: 3501: 2886: 2872:
ensures compatibility on the overlaps of different coordinate charts, and so the integral of a general
2035:{\displaystyle \mu (v_{1},\ldots ,v_{n}):=\mu _{1}(v_{1},\ldots ,v_{n})\mu _{2}(v_{1},\ldots ,v_{n}).} 3712: 3577: 2705:{\displaystyle t_{\alpha \beta }=\left|\det(d\phi _{\alpha }\circ d\phi _{\beta }^{-1})\right|^{-s}.} 2405:
More generally, the associated bundle construction also allows densities to be constructed from any
4097: 3962: 3654: 3496: 1141:{\displaystyle o(v_{1},\ldots ,v_{n})|\omega |(v_{1},\ldots ,v_{n})=\omega (v_{1},\ldots ,v_{n}),} 3794: 3764: 3688: 3678: 3634: 3464: 3417: 32: 4135: 3754: 3649: 3562: 3469: 40: 3039: 173:
that assigns a volume for any such parallelotope, it should satisfy the following properties:
3784: 3779: 1318:{\displaystyle \omega (v_{1},\ldots ,v_{n})=o(v_{1},\ldots ,v_{n})\mu (v_{1},\ldots ,v_{n}).} 24: 4115: 4053: 3901: 3605: 3595: 3567: 3542: 3452: 3384: 2443: 2299: 2207: 75: 8: 4253: 3935: 3813: 3798: 3727: 3486: 4226: 4299: 4294: 4195: 4150: 4047: 3918: 3722: 3410: 3195: 3095: 2877: 1832:{\displaystyle |\omega |^{s}(v_{1},\ldots ,v_{n}):=|\omega (v_{1},\ldots ,v_{n})|^{s}.} 3732: 4130: 4110: 4105: 4012: 3923: 3737: 3717: 3572: 3511: 3370: 3351: 3337: 3315: 2203: 94: 90: 4268: 4062: 4017: 3940: 3911: 3769: 3702: 3697: 3692: 3682: 3474: 3457: 2861: 2435: 2431: 2288:{\displaystyle \rho (A)=\left|\det A\right|^{-s},\quad A\in \operatorname {GL} (n)} 71: 4211: 4120: 3950: 3906: 3672: 3396: 3380: 3311: 2873: 4077: 4002: 3972: 3870: 3863: 3803: 3774: 3644: 3639: 3600: 3329: 3292: 3288: 3182: 2046: 1329: 617:{\displaystyle |\omega |(v_{1},\ldots ,v_{n}):=|\omega (v_{1},\ldots ,v_{n})|.} 56: 70:
From the operational point of view, a density is a collection of functions on
4283: 4263: 4087: 4082: 4067: 4057: 4007: 3984: 3858: 3818: 3759: 3707: 3506: 2882: 2406: 2389:{\displaystyle \left|\Lambda \right|_{M}^{s}=\left|\Lambda \right|^{s}(TM).} 4190: 4185: 4027: 3994: 3967: 3875: 3516: 2303: 120: 3029:{\displaystyle |\phi |_{p}=\left(\int |\phi |^{p}\right)^{1/p}<\infty } 4033: 4022: 3979: 3880: 3481: 44: 20: 4258: 4216: 4042: 3955: 3587: 3491: 3402: 4072: 4037: 3742: 3629: 4236: 4231: 4221: 3612: 3433: 3075: 2721: 89:-th power of the absolute value of the jacobian determinant. On an 36: 78:
in the change of coordinates. Densities can be generalized into
3828: 3346:, provides a brief discussion of densities in the last section. 2868:. The transformation law for 1-densities together with the 85:, whose coordinate representations become multiplied by the 3098:, a different weighting convention is used: the bundle of 126: 3369:, River Edge, NJ: World Scientific Publishing Co. Inc., 3306:
Berline, Nicole; Getzler, Ezra; Vergne, Michèle (2004),
3334:
Real Analysis: Modern Techniques and Their Applications
246:
These conditions are equivalent to the statement that
3246: 3204: 3111: 3042: 2948: 2895: 2747: 2616: 2494: 2452: 2326: 2218: 2058: 1897: 1712: 1517: 1341: 1194: 1007: 857: 811: 663: 511: 263: 93:, 1-densities can be canonically identified with the 74:
which become multiplied by the absolute value of the
3305: 3167:{\displaystyle \rho (A)=\left|\det A\right|^{-s/n}.} 3102:-densities is instead associated with the character 2731:
Given a 1-density ƒ supported in a coordinate chart
2313:
The resulting line bundle is known as the bundle of
3177:With this convention, for instance, one integrates 2720:Densities play a significant role in the theory of 39:in an intrinsic manner. Abstractly, a density is a 3277: 3232: 3166: 3064: 3028: 2923: 2849: 2704: 2589: 2478: 2388: 2287: 2170: 2034: 1831: 1656: 1463: 1317: 1140: 904: 843: 794: 616: 395: 2860:where the latter integral is with respect to the 2607:such that the associated GL(1)-cocycle satisfies 627: 4281: 3133: 2639: 2240: 1571: 1474: 720: 316: 2206:construction, intertwining the one-dimensional 1671:-densities form a one-dimensional vector space 250:is given by a translation-invariant measure on 155:. However, if one wishes to define a function 3418: 2479:{\displaystyle \left|\Lambda \right|_{M}^{s}} 915:forms a one-dimensional vector space, and an 55:is a function that assigns a volume for the 2933:Riesz-Markov-Kakutani representation theorem 2399:A 1-density is also referred to simply as a 3425: 3411: 3364: 3036:is a normed linear space whose completion 480:forms a one-dimensional vector space. Any 3295:of a density bundle with a tensor bundle. 2583: 201:If any linear combination of the vectors 3432: 905:{\displaystyle o(v_{1},\ldots ,v_{n})=0} 3328: 2725: 127:Motivation (densities in vector spaces) 4282: 472:entirely; it follows that the set Vol( 194:, the volume should be multiplied by | 51:. An element of the density bundle at 3406: 3367:Lectures on the geometry of manifolds 31:is a spatially varying quantity on a 3390: 3278:{\displaystyle |\Lambda |_{M}^{-s}} 844:{\displaystyle v_{1},\ldots ,v_{n}} 242:, the volume should stay invariant. 13: 3252: 3233:{\displaystyle |\Lambda |_{M}^{s}} 3210: 3023: 2924:{\displaystyle |\Lambda |_{M}^{1}} 2901: 2513: 2458: 2358: 2332: 14: 4311: 3393:Introduction to Smooth Manifolds 3308:Heat Kernels and Dirac Operators 16:Section of a certain line bundle 2263: 2198:) of a differentiable manifold 1629: 1401: 770: 368: 254:, and they can be rephrased as 112:-th exterior product bundle of 3465:Differentiable/Smooth manifold 3257: 3248: 3215: 3206: 3121: 3115: 3089: 3059: 3053: 2991: 2982: 2959: 2950: 2906: 2897: 2876:1-density can be defined by a 2799: 2786: 2728:, Section 11.4, pp. 361-362). 2715: 2682: 2642: 2600:subordinate to the open cover 2576: 2563: 2550: 2533: 2380: 2371: 2317:-densities, and is denoted by 2282: 2276: 2228: 2222: 2162: 2156: 2117: 2111: 2085: 2079: 2026: 1994: 1981: 1949: 1933: 1901: 1816: 1811: 1779: 1772: 1765: 1733: 1723: 1714: 1648: 1642: 1623: 1591: 1559: 1521: 1432: 1426: 1414: 1408: 1372: 1366: 1354: 1348: 1309: 1277: 1271: 1239: 1230: 1198: 1132: 1100: 1091: 1059: 1055: 1047: 1043: 1011: 893: 861: 789: 783: 764: 732: 726: 717: 705: 667: 628:Orientations on a vector space 607: 603: 571: 564: 557: 525: 521: 513: 387: 381: 362: 330: 305: 267: 1: 3365:Nicolaescu, Liviu I. (1996), 3299: 3188: 2738:, the integral is defined by 2442:, then there is associated a 2181: 959:for any linearly independent 851:are linearly independent and 3094:In some areas, particularly 2870:Jacobian change of variables 1478:-densities on a vector space 7: 4171:Classification of manifolds 2049:this fact can be stated as 923:is one of the two elements 10: 4316: 3356:: CS1 maint: postscript ( 151:-dimensional vector space 4247:over commutative algebras 4204: 4163: 4096: 3993: 3889: 3836: 3827: 3663: 3586: 3525: 3445: 63:given tangent vectors at 3963:Riemann curvature tensor 3065:{\displaystyle L^{p}(M)} 492:defines a density | 987:defines an orientation 235:is added to the vector 33:differentiable manifold 3755:Manifold with boundary 3470:Differential structure 3279: 3234: 3168: 3066: 3030: 2925: 2851: 2706: 2591: 2480: 2390: 2289: 2172: 2036: 1833: 1658: 1465: 1319: 1142: 906: 845: 796: 618: 476:) of all densities on 397: 177:If any of the vectors 4290:Differential geometry 3280: 3235: 3169: 3067: 3031: 2942:-densities such that 2926: 2852: 2707: 2592: 2481: 2391: 2290: 2173: 2047:tensor product spaces 2037: 1834: 1667:Just like densities, 1659: 1466: 1330:tensor product spaces 1320: 1143: 907: 846: 797: 619: 398: 25:differential geometry 3902:Covariant derivative 3453:Topological manifold 3391:Lee, John M (2003), 3310:, Berlin, New York: 3291:are sections of the 3244: 3202: 3109: 3040: 2946: 2893: 2745: 2614: 2492: 2450: 2444:local trivialization 2324: 2300:general linear group 2216: 2208:group representation 2056: 1895: 1710: 1515: 1339: 1192: 1151:and vice versa, any 1005: 855: 809: 661: 509: 428:on the vector space 261: 76:Jacobian determinant 3936:Exterior derivative 3538:Atiyah–Singer index 3487:Riemannian manifold 3336:(Second ed.), 3274: 3229: 2920: 2874:compactly supported 2840: 2681: 2530: 2475: 2349: 636:) of all functions 446:) is any basis for 23:, and specifically 4242:Secondary calculus 4196:Singularity theory 4151:Parallel transport 3919:De Rham cohomology 3558:Generalized Stokes 3330:Folland, Gerald B. 3275: 3255: 3230: 3213: 3196:dual vector bundle 3164: 3096:conformal geometry 3062: 3026: 2921: 2904: 2878:partition of unity 2847: 2823: 2702: 2664: 2587: 2508: 2476: 2453: 2386: 2327: 2285: 2202:is obtained by an 2168: 2032: 1829: 1654: 1461: 1315: 1138: 902: 841: 792: 614: 393: 4277: 4276: 4159: 4158: 3924:Differential form 3578:Whitney embedding 3512:Differential form 3376:978-981-02-2836-1 3343:978-0-471-31716-6 3321:978-3-540-20062-8 2436:coordinate charts 2204:associated bundle 1447: 1387: 406:Any such mapping 184:is multiplied by 91:oriented manifold 72:coordinate charts 4307: 4269:Stratified space 4227:Fréchet manifold 3941:Interior product 3834: 3833: 3531: 3427: 3420: 3413: 3404: 3403: 3399: 3387: 3361: 3355: 3347: 3324: 3289:Tensor densities 3284: 3282: 3281: 3276: 3273: 3265: 3260: 3251: 3239: 3237: 3236: 3231: 3228: 3223: 3218: 3209: 3173: 3171: 3170: 3165: 3160: 3159: 3155: 3143: 3139: 3071: 3069: 3068: 3063: 3052: 3051: 3035: 3033: 3032: 3027: 3019: 3018: 3014: 3005: 3001: 3000: 2999: 2994: 2985: 2968: 2967: 2962: 2953: 2930: 2928: 2927: 2922: 2919: 2914: 2909: 2900: 2862:Lebesgue measure 2856: 2854: 2853: 2848: 2839: 2831: 2813: 2812: 2803: 2802: 2798: 2797: 2785: 2784: 2764: 2763: 2762: 2761: 2711: 2709: 2708: 2703: 2698: 2697: 2689: 2685: 2680: 2672: 2657: 2656: 2629: 2628: 2596: 2594: 2593: 2588: 2586: 2575: 2574: 2562: 2561: 2549: 2548: 2547: 2546: 2536: 2529: 2524: 2519: 2504: 2503: 2485: 2483: 2482: 2477: 2474: 2469: 2464: 2395: 2393: 2392: 2387: 2370: 2369: 2364: 2348: 2343: 2338: 2294: 2292: 2291: 2286: 2259: 2258: 2250: 2246: 2190:-density bundle 2177: 2175: 2174: 2169: 2152: 2151: 2150: 2149: 2137: 2136: 2107: 2106: 2105: 2104: 2075: 2074: 2073: 2072: 2041: 2039: 2038: 2033: 2025: 2024: 2006: 2005: 1993: 1992: 1980: 1979: 1961: 1960: 1948: 1947: 1932: 1931: 1913: 1912: 1838: 1836: 1835: 1830: 1825: 1824: 1819: 1810: 1809: 1791: 1790: 1775: 1764: 1763: 1745: 1744: 1732: 1731: 1726: 1717: 1663: 1661: 1660: 1655: 1622: 1621: 1603: 1602: 1587: 1586: 1581: 1577: 1558: 1557: 1536: 1535: 1507: 1470: 1468: 1467: 1462: 1457: 1456: 1446: 1438: 1397: 1396: 1386: 1378: 1324: 1322: 1321: 1316: 1308: 1307: 1289: 1288: 1270: 1269: 1251: 1250: 1229: 1228: 1210: 1209: 1172: 1162:and any density 1161: 1147: 1145: 1144: 1139: 1131: 1130: 1112: 1111: 1090: 1089: 1071: 1070: 1058: 1050: 1042: 1041: 1023: 1022: 997: 974: 958: 956: 933: 911: 909: 908: 903: 892: 891: 873: 872: 850: 848: 847: 842: 840: 839: 821: 820: 801: 799: 798: 793: 763: 762: 744: 743: 704: 703: 682: 681: 653: 623: 621: 620: 615: 610: 602: 601: 583: 582: 567: 556: 555: 537: 536: 524: 516: 497: 432:. Note that if ( 423: 402: 400: 399: 394: 361: 360: 342: 341: 326: 322: 304: 303: 282: 281: 193: 172: 146: 4315: 4314: 4310: 4309: 4308: 4306: 4305: 4304: 4280: 4279: 4278: 4273: 4212:Banach manifold 4205:Generalizations 4200: 4155: 4092: 3989: 3951:Ricci curvature 3907:Cotangent space 3885: 3823: 3665: 3659: 3618:Exponential map 3582: 3527: 3521: 3441: 3431: 3397:Springer-Verlag 3377: 3349: 3348: 3344: 3322: 3312:Springer-Verlag 3302: 3266: 3261: 3256: 3247: 3245: 3242: 3241: 3224: 3219: 3214: 3205: 3203: 3200: 3199: 3191: 3151: 3144: 3132: 3128: 3127: 3110: 3107: 3106: 3092: 3047: 3043: 3041: 3038: 3037: 3010: 3006: 2995: 2990: 2989: 2981: 2977: 2973: 2972: 2963: 2958: 2957: 2949: 2947: 2944: 2943: 2915: 2910: 2905: 2896: 2894: 2891: 2890: 2832: 2827: 2808: 2804: 2793: 2789: 2780: 2776: 2775: 2771: 2757: 2753: 2752: 2748: 2746: 2743: 2742: 2737: 2718: 2690: 2673: 2668: 2652: 2648: 2638: 2634: 2633: 2621: 2617: 2615: 2612: 2611: 2606: 2582: 2570: 2566: 2557: 2553: 2542: 2538: 2537: 2532: 2531: 2525: 2520: 2509: 2499: 2495: 2493: 2490: 2489: 2470: 2465: 2454: 2451: 2448: 2447: 2429: 2425: 2419:In detail, if ( 2365: 2354: 2353: 2344: 2339: 2328: 2325: 2322: 2321: 2251: 2239: 2235: 2234: 2217: 2214: 2213: 2184: 2145: 2141: 2132: 2128: 2127: 2123: 2100: 2096: 2095: 2091: 2068: 2064: 2063: 2059: 2057: 2054: 2053: 2020: 2016: 2001: 1997: 1988: 1984: 1975: 1971: 1956: 1952: 1943: 1939: 1927: 1923: 1908: 1904: 1896: 1893: 1892: 1883: 1876: 1869: 1862: 1855: 1848: 1842:The product of 1820: 1815: 1814: 1805: 1801: 1786: 1782: 1771: 1759: 1755: 1740: 1736: 1727: 1722: 1721: 1713: 1711: 1708: 1707: 1617: 1613: 1598: 1594: 1582: 1570: 1566: 1565: 1553: 1549: 1531: 1527: 1516: 1513: 1512: 1491: 1480: 1452: 1448: 1442: 1392: 1388: 1382: 1340: 1337: 1336: 1303: 1299: 1284: 1280: 1265: 1261: 1246: 1242: 1224: 1220: 1205: 1201: 1193: 1190: 1189: 1163: 1152: 1126: 1122: 1107: 1103: 1085: 1081: 1066: 1062: 1054: 1046: 1037: 1033: 1018: 1014: 1006: 1003: 1002: 988: 975:. 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Index

mathematics
differential geometry
differentiable manifold
integrated
section
line bundle
parallelotope
coordinate charts
Jacobian determinant
oriented manifold
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tensor product spaces
tensor product spaces
associated bundle
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