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Über den Begriff der vollständigen differentialgeometrischen Fläche. - MaRDI portal

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Über den Begriff der vollständigen differentialgeometrischen Fläche. (Q576414)

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scientific article; zbMATH DE number 2558432
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English
Über den Begriff der vollständigen differentialgeometrischen Fläche.
scientific article; zbMATH DE number 2558432

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    Über den Begriff der vollständigen differentialgeometrischen Fläche. (English)
    0 references
    1931
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    Die vorliegende Arbeit ist die erste in einer Reihe von Abhandlungen der beiden Verf., die die Aufdeckung von Zusammenhängen zwischen inneren differentialgeometrischen Eigenschaften der Flächen im Kleinen und ihren topologischen Eigenschaften im Großen zum Gegenstand haben. Am Eingang derartiger Betrachtungen steht naturgemäß die Frage, was man unter einer Fläche im Großen verstehen will. Man ist versucht, darauf mit der Forderung der Nichtfortsetzbarkeit zu antworten: Die Fläche solle sich nicht isometrisch auf einen echten Teil einer andern abbilden lassen. Dieser Forderung haftet jedoch der Mangel an, daß man ihre Erfülltheit anscheinend nicht durch innere geometrische Eigenschaften feststellen kann; zudem gehen den Flächen der so gewonnenen Klasse \(\mathfrak F_0\), wie die Verf. durch Beispiele belegen, im allgemeinen wichtige Eigenschaften ab, z. B. die der geodätischen Verbindbarkeit von irgend zweien ihrer Punkte. Die Verf. rücken daher einen engeren Begriff in den Mittelpunkt der Betrachtung, den der \textit{vollständigen} \textit{differentialgeometrischen Fläche}. Die Flächen dieser Klasse lassen sich durch vier äquivalente (innere) Forderungen kennzeichnen, nämlich: (1) Auf jedem geodätischen Strahl kann man vom Anfangspunkt aus jede Strecke abtragen. (2) Jede divergente Linie ist unendlich lang. (Dabei ist eine divergente Linie das eindeutige stetige Bild eines Halbstrahles, bei dem jeder divergenten Punktfolge des Strahls eine divergente Punktfolge auf der Fläche entspricht.) (3) Jede Fundamentalfolge auf der Fläche ist konvergent. (4) Jede beschränkte Menge ist kompakt. Die Äquivalenz der vier Forderungen wird dargetan durch den Nachweis eines Zyklus von Enthaltenseinsbeziehungen für die durch (1), \dots, (4) festgelegten Flächenklassen \(\mathfrak F_1\), \dots, \(\mathfrak F_4\). Es gilt genauer \[ \mathfrak F_0\supset \mathfrak F_1\supset \mathfrak F_2 \supset \mathfrak F_3 \supset \mathfrak F_4 \supset \mathfrak F_1. \] Der Beweis der letzten Relation ist der Kernpunkt. Er läßt sich leicht auf den Hilfssatz reduzieren, daß je zwei Punkte einer Fläche der Klasse \(\mathfrak F_1\) durch einen geodätischen und kürzesten Weg verbindbar sind. Der Beweis hierfür wird erbracht durch ein dem \textit{Hilbert-Carathéodory}schen Existenzbeweis nachgebildetes Verfahren: Geht man in der bekannten Weise auf die Konstruktion einer kürzesten Verbindung zweier Punkte \(a\), \(b\) einer \textit{beliebigen} Fläche aus, so gelangt man, wie die Verf. zeigen, entweder zu einer geodätischen und kürzesten Verbindung von \(a\) und \(b\) oder zu einem von \(a\) ausgehenden geodätischen Strahl, auf dem man nicht jede Länge abtragen kann. Daß \(\mathfrak F_1\) wirklich enger als \(\mathfrak F_0\) ist, lehren die bereits oben erwähnten Beispiele der Verf. Sie sind überaus einfach und liefern sogar Raumformen: Die universelle Überlagerungsfläche der punktierten euklidischen Ebene mit durchgedrückter euklidischer Metrik ist z. B. nicht fortsetzbar, aber nicht vollständig; analog für die hyperbolische Ebene und -- bei Ausstechung zweier Punkte -- die Sphäre. Den Schluß der Arbeit bilden Präzisierungen bekannter Sätze im Lichte der neuen Begriffsbildungen, deren Berechtigung sich bei dieser Gelegenheit aufs Neue erweist, sowie Hinweise auf anschließende Fragestellungen. Vgl. auch \textit{W. Rinow}; Über Zusammenhänge zwischen der Differentialgeometrie im Großen und im Kleinen (M. Z. 35 (1932), 512-528); Über Flächen mit Verschiebungselementen (Math. Ann. 107 (1932), 95-112). \textit{H. Hopf}, \textit{W. Rinow}; Die topologischen Gestalten differentialgeometrisch verwandter Flächen (Math. Ann. 107 (1932), 113-123); \textit{H. Hopf}, Differentialgeometrie und topologische Gestalt (Jahresbericht D. M. V. 41 (1932), 209-229) (F. d. M. 58). (V2, 6C.)
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