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定理已证明

米尔诺–什瓦茨引理

命题陈述

设 GG 通过等距同胚作用在一个固有测地度量空间 XX 上,作用是正常不连续且余紧的(商空间 X/GX/G 是紧的)。那么 GG 是有限生成的,并且对任意基点 x0∈Xx_0 \in X,轨道映射 g↦g⋅x0g \mapsto g\cdot x_0 是从(配备字度量的)GG 到 XX 的一个拟等距。

为什么成立?

由于 GG 是通过等距作用的,它无法区分 XX 中的点与其 GG-平移像;又因为作用是余紧的,XX 中一块有界区域经 GG 复制后就已经覆盖了整个 XX。因此单单一个点的轨道就已经捕捉到了 XX 的整个粗略形状——研究抽象群 GG 与研究它所作用的具体空间 XX,在有界误差范围内变得可以互相替代。正是这条定理让度量空间几何与群论得以互换立场。

证明思路

固定 x0∈Xx_0 \in X,利用 X/GX/G 的紧性,选取足够大的 RR,使得闭球 Bˉ(x0,R)\bar B(x_0,R) 的 GG-像覆盖整个 XX。令 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 \,\},由正常不连续性可知这是一个有限集。要说明 SS 生成 GG:任取 g∈Gg \in G,沿着从 x0x_0 到 gx0g x_0 的测地线,标出间隔不超过 2R2R 的点 x0=g0x0,g1x0,…,gnx0=gx0x_0 = g_0 x_0, g_1 x_0, \dots, g_n x_0 = g x_0;相邻两点满足 dX(gi−1x0,gix0)≤2Rd_X(g_{i-1}x_0, g_i x_0) \le 2R,故 gi−1−1gi∈Sg_{i-1}^{-1} g_i \in S,将这 n≤dX(x0,gx0)/(2R)+1n \le d_X(x_0, g x_0)/(2R) + 1 个 SS 中的元素相乘即可复原 gg。于是存在只依赖于 RR 的常数 C1C_1,使得 dS(e,g)≤C1 dX(x0,gx0)+C1d_S(e,g) \le C_1\, d_X(x_0,gx_0) + C_1。反过来,每个生成元使 x0x_0 移动不超过 2R+12R+1,故 dX(x0,gx0)≤(2R+1) dS(e,g)d_X(x_0,gx_0) \le (2R+1)\, d_S(e,g)。这两个不等式表明,对适当的 λ,ε\lambda,\varepsilon,g↦gx0g \mapsto g x_0 是一个 (λ,ε)(\lambda,\varepsilon)-拟等距嵌入,而余紧性(XX 中每一点都与 x0x_0 的某个 GG-像相距不超过 RR)使其像是粗稠密的——因此它是一个拟等距,又因为它在整个 GG 上有定义,有限集 SS 便生成了 GG。

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分步证明

该定理暂无分步证明。

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