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Convergencia Gromov-Hausdorff

En matemáticas , la convergencia Gromov-Hausdorff , llamada así en honor a Mikhail Gromov y Felix Hausdorff , es una noción de convergencia de espacios métricos que es una generalización de la convergencia de Hausdorff .

Distancia Gromov-Hausdorff

Qué tan lejos y qué cerca están algunas cifras bajo la distancia Gromov-Hausdorff.

La distancia Gromov-Hausdorff fue introducida por David Edwards en 1975, [1] [2] y luego fue redescubierta y generalizada por Mikhail Gromov en 1981. [3] [4] Esta distancia mide qué tan lejos están dos espacios métricos compactos de ser isométrico . Si X e Y son dos espacios métricos compactos, entonces d GH ( X , Y ) se define como el mínimo de todos los números d H ( f ( X ), g ( Y )) para todos los espacios métricos (compactos) M y todos incrustaciones isométricas f  :  X  →  M y g  :  Y  →  M . Aquí d H denota la distancia de Hausdorff entre subconjuntos en M y la incrustación isométrica se entiende en el sentido global, es decir, debe preservar todas las distancias, no sólo las infinitamente pequeñas; por ejemplo, ninguna variedad riemanniana compacta admite tal incrustación en un espacio euclidiano de la misma dimensión.

La distancia de Gromov-Hausdorff convierte el conjunto de todas las clases de isometría de espacios métricos compactos en un espacio métrico, llamado espacio de Gromov-Hausdorff, y por lo tanto define una noción de convergencia para secuencias de espacios métricos compactos, llamada convergencia de Gromov-Hausdorff. Un espacio métrico al que converge tal secuencia se llama límite de Gromov-Hausdorff de la secuencia.

Algunas propiedades del espacio de Gromov-Hausdorff

El espacio de Gromov-Hausdorff está conectado por caminos , es completo y separable . [5] También es geodésica , es decir, dos de sus puntos cualesquiera son los extremos de una geodésica minimizadora . [6] [7] En el sentido global, el espacio de Gromov-Hausdorff es totalmente heterogéneo, es decir, su grupo de isometría es trivial, [8] pero localmente hay muchas isometrías no triviales. [9]

Convergencia señalada Gromov-Hausdorff

La convergencia puntiaguda de Gromov-Hausdorff es análoga a la convergencia de Gromov-Hausdorff apropiada para espacios no compactos. Un espacio métrico puntiagudo es un par ( X , p ) que consta de un espacio métrico X y un punto p en X. Una secuencia ( X n , p n ) de espacios métricos puntiagudos converge a un espacio métrico puntiagudo ( Yp ) si, para cada R  > 0, la secuencia de R -bolas cerradas alrededor de p n en X n converge a la R cerrada -bola alrededor de p en Y en el sentido habitual de Gromov-Hausdorff. [10]

Aplicaciones

Gromov utilizó la noción de convergencia Gromov-Hausdorff para demostrar que cualquier grupo discreto con crecimiento polinómico es prácticamente nilpotente (es decir, contiene un subgrupo nilpotente de índice finito ). Véase el teorema de Gromov sobre grupos de crecimiento polinómico . (Ver también D. Edwards para un trabajo anterior.) El ingrediente clave en la prueba fue la observación de que para el gráfico de Cayley de un grupo con crecimiento polinomial una secuencia de reescalamientos converge en el sentido agudo de Gromov-Hausdorff.

Otro resultado simple y muy útil en geometría de Riemann es el teorema de compacidad de Gromov , que establece que el conjunto de variedades de Riemann con curvatura de Ricci  ≥  c y diámetro  ≤  D es relativamente compacto en la métrica de Gromov-Hausdorff. Los espacios límite son espacios métricos. Cheeger y Colding han demostrado propiedades adicionales en los espacios longitudinales . [11]

La métrica de distancia Gromov-Hausdorff se ha aplicado en el campo de los gráficos por computadora y la geometría computacional para encontrar correspondencias entre diferentes formas. [12] También se ha aplicado en el problema de la planificación del movimiento en robótica. [13]

Sormani ha utilizado la distancia Gromov-Hausdorff para demostrar la estabilidad del modelo de Friedmann en cosmología. Este modelo de cosmología no es estable con respecto a variaciones suaves de la métrica. [14]

En un caso especial, el concepto de límites de Gromov-Hausdorff está estrechamente relacionado con la teoría de las grandes desviaciones . [15]

La métrica de distancia Gromov-Hausdorff se ha utilizado en neurociencia para comparar redes cerebrales. [dieciséis]

Ver también

Referencias

  1. ^ David A. Edwards, "La estructura del superespacio", en "Estudios de topología", Academic Press, 1975, pdf Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine.
  2. ^ Tuzhilin, Alexey A. (2016). "¿Quién inventó la distancia Gromov-Hausdorff?". arXiv : 1612.00728 [matemáticas.MG].
  3. ^ M. Gromov. "Structures métriques pour les variétés riemanniennes", editado por Lafontaine y Pierre Pansu , 1981.
  4. ^ Gromov, Michael (1981). "Grupos de mapas polinómicos de crecimiento y expansión (con un apéndice de Jacques Tags)". Publicaciones Mathématiques de l'IHÉS . 53 : 53–78. doi :10.1007/BF02698687. SEÑOR  0623534. S2CID  121512559. Zbl  0474.20018.
  5. ^ D. Burago, Yu. Burago, S. Ivanov, Un curso de geometría métrica , AMS GSM 33, 2001.
  6. ^ Ivanov, AO; Nikolaeva, NK; Tuzhilin, AA (2016). "La métrica de Gromov-Hausdorff en el espacio de espacios métricos compactos es estrictamente intrínseca". Apuntes Matemáticos . 100 (5–6): 883–885. arXiv : 1504.03830 . doi :10.1134/S0001434616110298. S2CID  39754495.
  7. ^ Para la construcción explícita de las geodésicas, consulte Chowdhury, Samir; Mémoli, Facundo (2016). "Geodésicas explícitas en el espacio Gromov-Hausdorff". arXiv : 1603.02385 [matemáticas.MG].
  8. ^ Ivanov, Alejandro; Tuzhilin, Alexey (2018). "Grupo de isometría de Gromov - Espacio Hausdorff". arXiv : 1806.02100 [matemáticas.MG].
  9. ^ Ivanov, Alejandro O.; Tuzhilin, Alexey A. (2016). "Estructura local del espacio Gromov-Hausdorff cerca de espacios métricos finitos en posición general". arXiv : 1611.04484 [matemáticas.MG].
  10. ^ Bellaïche, André (1996). "El espacio tangente en geometría subriemanniana". En André Bellaïche; Jean-Jacques Risler (eds.). Geometría Subriemanniana . Progreso en Matemáticas. vol. 44. Basilea: Birkhauser. págs. 1 a 78 [56]. doi :10.1007/978-3-0348-9210-0_1. ISBN 978-3-0348-9946-8.
  11. ^ Cheeger, Jeff; Enfriamiento, Tobias H. (1997). "Sobre la estructura de espacios con curvatura de Ricci acotada por debajo. I". Revista de Geometría Diferencial . 46 (3). doi : 10.4310/jdg/1214459974 .
  12. ^ Mémoli, Facundo; Sapiro, Guillermo (2004). "Comparación de nubes de puntos". Actas del simposio Eurographics/ACM SIGGRAPH de 2004 sobre procesamiento de geometría - SGP '04 . pag. 32. doi :10.1145/1057432.1057436. ISBN 3905673134. S2CID  207156533.
  13. ^ Sukkar, Fouad; Wakulicz, Jennifer; Lee, Ki Myung Brian; Fitch, Robert (11 de septiembre de 2022). "Planificación del movimiento en el espacio de tareas con aproximaciones de Gromov-Hausdorff". arXiv : 2209.04800 [cs.RO].
  14. ^ Sormani, Cristina (2004). "Cosmología de Friedmann y casi isotropía". Análisis Geométrico y Funcional . 14 (4). arXiv : matemáticas/0302244 . doi :10.1007/s00039-004-0477-4. S2CID  53312009.
  15. ^ Kotani, Motoko; Sunada, Toshikazu (2006). "Gran desviación y cono tangente al infinito de una red cristalina". Mathematische Zeitschrift . 254 (4): 837–870. doi :10.1007/s00209-006-0951-9. S2CID  122531716.
  16. ^ Lee, Hyekyoung; Chung, Moo K.; Kang, Hyejin; Kim, Boong-Nyun; Lee, Dong Soo (2011). "Cálculo de la forma de las redes cerebrales mediante filtración de gráficos y métrica de Gromov-Hausdorff". Computación de imágenes médicas e intervención asistida por computadora – MICCAI 2011 . Apuntes de conferencias sobre informática. vol. 6892, págs. 302–309. doi :10.1007/978-3-642-23629-7_37. ISBN 978-3-642-23628-0. PMID  21995042.