Quasi-Isometrie

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Der Begriff der Quasi-Isometrie dient in der Mathematik dazu, die „grobe“ globale Geometrie metrischer Räume zu untersuchen. Er spielt in zahlreichen Gebieten der Geometrie, Analysis und geometrischen Gruppentheorie eine wichtige Rolle, etwa in der Theorie der hyperbolischen Gruppen oder in Beweisen von Starrheitssätzen.

Definitionen

Seien (M1,d1) und (M2,d2) zwei metrische Räume. Eine (nicht notwendig stetige) Abbildung f:M1→M2 ist eine quasi-isometrische Einbettung, wenn es Konstanten A≥1 und B≥0 gibt, sodass

1Ad1(x,y)−B≤d2(f(x),f(y))≤Ad1(x,y)+Bfür allex,y∈M1.

Die Abbildung heißt quasi-dicht, wenn eine Konstante C≥0 existiert, sodass es für jedes u∈M2 ein x∈M1 gibt mit

d2(u,f(x))≤C.

Eine Quasi-Isometrie ist eine quasi-dichte, quasi-isometrische Einbettung.

Zwei Abbildungen f,g:M1→M2 haben endlichen Abstand, falls supx∈M1d2(f(x),g(x))<∞.

Die Räume (M1,d1) und (M2,d2) heißen quasi-isometrisch, wenn es eine Quasi-Isometrie f:M1→M2 gibt.[1]

Beispiele

Die Einbettung ℤ→ℝ ist eine Quasi-Isometrie

Jeder beschränkte metrische Raum ist quasi-isometrisch zum Punkt.

Die Einbettung f:ℤn→ℝn ist eine Quasi-Isometrie für die euklidische Metrik auf ℤn und ℝn. Man kann in obiger Definition A=1, B=0 und C=1 setzen.

Die zu verschiedenen endlichen Erzeugendensystemen S1, S2 einer Gruppe G zugeordneten Cayley-Graphen sind quasi-isometrisch.

Švarc-Milnor-Lemma: Wenn eine endlich erzeugte Gruppe G kokompakt und eigentlich diskontinuierlich durch Isometrien auf einer riemannschen Mannigfaltigkeit Y wirkt, dann ist (der Cayley-Graph von) G quasi-isometrisch zu Y. (Siehe auch Satz von Švarc-Milnor.)

Mit Y=X~ erhält man daraus insbesondere: Die Fundamentalgruppe π1X einer kompakten riemannschen Mannigfaltigkeit X ist quasi-isometrisch zur universellen Überlagerung X~.

Eigenschaften

  • Die identische Abbildung auf einem metrischen Raum ist eine Quasi-Isometrie.
  • Die Verkettung von quasi-isometrischen Einbettungen (Quasi-Isometrien) ist wieder eine quasi-isometrische Einbettung (Quasi-Isometrie).
  • Eine Abbildung, die einen endlichen Abstand von einer quasi-isometrischen Einbettung (Quasi-Isometrie) hat, ist wieder eine quasi-isometrische Einbettung (Quasi-Isometrie).
  • Zwei metrische Räume (M1,d1) und (M2,d2) sind genau dann quasi-isometrisch, wenn es quasi-isometrische Einbettungen f:M1→M2 und g:M2→M1 gibt, sodass sowohl g∘f und idM1 als auch f∘g und idM2 endlichen Abstand haben.[2]

Kategorien

Die metrischen Räume mit den quasi-isometrischen Einbettungen bilden nach obigen Eigenschaften eine Kategorie. Diese ist allerdings für Quasi-Isometrien nicht interessant, da ihre Isomorphismen bijektiv sein müssen und daher viele wichtige Quasi-Isometrien keine Isomorphismen sind, wie zum Beispiel die in den obigen Beispielen genannte Quasi-Isometrie zwischen ℤn und ℝn.

Man geht daher zu einer Kategorie über, in der die metrischen Räume immer noch die Objekte sind, aber die Morphismen sind Äquivalenzklassen quasi-isometrischer Einbettungen. Dabei heißen zwei quasi-isometrische Einbettungen äquivalent, wenn sie endlichen Abstand haben, und dies definiert offenbar eine Äquivalenzrelation. Bezeichnet [f] die Äquivalenzklasse der quasi-isometrischen Einbettung f, so ergeben die Definitionen

eine Kategorie. In dieser Kategorie sind die Isomorphismen genau die Äquivalenzklassen von Quasi-Isometrien. Die in dieser Kategorie gebildete Automorphismengruppe eines metrischen Raums heißt dessen Quasi-Isometrie-Gruppe.[3]

Siehe auch

Literatur

Einzelnachweise

  1. ↑ Clara Löh: Geometric Group Theory, Springer-Verlag 2017, ISBN 978-3-319-72253-5, Definition 5.1.6
  2. ↑ Clara Löh: Geometric Group Theory, Springer-Verlag 2017, ISBN 978-3-319-72253-5, Proposition 5.1.10
  3. ↑ Clara Löh: Geometric Group Theory, Springer-Verlag 2017, ISBN 978-3-319-72253-5, 5.1.12 und 5.1.13
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