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定理証明済み

ミルナー・シュヴァルツの補題

内容

GG が固有測地距離空間 XX に、等長写像として、真性不連続かつ余コンパクトに(商 X/GX/G がコンパクトになるように)作用しているとする。このとき GG は有限生成であり、任意の基点 x0∈Xx_0 \in X について、軌道写像 g↦g⋅x0g \mapsto g\cdot x_0 は語距離を備えた GG から XX への擬等長写像となる。

なぜ正しいのか?

GG は等長写像として作用するため、XX のある点と、その GG による移動先の点とを区別できない。また作用が余コンパクトであるため、XX のある有界な断片を GG でコピーするだけですでに XX 全体を覆ってしまう。したがって、たった1点の軌道だけで XX の粗い形全体をすでに捉えていることになる——抽象的な群 GG を調べることと、それが作用する具体的な空間 XX を調べることは、有界な誤差の範囲で互いに置き換え可能になる。これこそ、距離空間の幾何学と群論とが立場を入れ替えることを可能にする定理である。

証明の概略

x0∈Xx_0 \in X を固定し、X/GX/G のコンパクト性を用いて、閉球 Bˉ(x0,R)\bar B(x_0,R) の GG による像が XX を覆うように十分大きな RR を選ぶ。S={ g∈G:g≠e, dX(x0,gx0)≤2R+1 }S = \{\, g \in G : g \ne e,\ d_X(x_0,gx_0) \le 2R+1 \,\} とおくと、真性不連続性によりこれは有限集合である。SS が GG を生成することを見るには:g∈Gg \in G を任意にとり、x0x_0 から gx0g x_0 への測地線上に間隔が高々 2R2R となるように点 x0=g0x0,g1x0,…,gnx0=gx0x_0 = g_0 x_0, g_1 x_0, \dots, g_n x_0 = g x_0 を選ぶ。隣り合う各対は dX(gi−1x0,gix0)≤2Rd_X(g_{i-1}x_0, g_i x_0) \le 2R を満たすので gi−1−1gi∈Sg_{i-1}^{-1} g_i \in S であり、これら n≤dX(x0,gx0)/(2R)+1n \le d_X(x_0, g x_0)/(2R) + 1 個の SS の元をかけ合わせると gg が得られる。したがって RR のみに依存する定数 C1C_1 について dS(e,g)≤C1 dX(x0,gx0)+C1d_S(e,g) \le C_1\, d_X(x_0,gx_0) + C_1 が成り立つ。逆に、各生成元は x0x_0 を高々 2R+12R+1 しか動かさないので dX(x0,gx0)≤(2R+1) dS(e,g)d_X(x_0,gx_0) \le (2R+1)\, d_S(e,g) である。この2つの不等式により g↦gx0g \mapsto g x_0 は適当な λ,ε\lambda,\varepsilon に対する (λ,ε)(\lambda,\varepsilon)-擬等長埋め込みであることが分かり、余コンパクト性(XX のすべての点は x0x_0 のある GG による像から距離 RR 以内にある)によりその像は粗く稠密になる——よってこれは擬等長写像であり、GG 全体で定義されているのだから、有限集合 SS は GG を生成する。

この定理を使うトピック

ステップごとの証明

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参考文献

  1. Clara Löh (2017). Geometric Group Theory: An Introduction · DOI:10.1007/978-3-319-72254-2
  2. Mikhael Gromov (1981). Groups of polynomial growth and expanding maps · DOI:10.1007/BF02698687
  3. Mikhael Gromov (1987). Hyperbolic groups