定義
設是定義在維光滑流形上的維光滑分布,設是分布的一個連通的積分流形,並且它的象不是的另一個連通積分流形的真子集,則稱是的 極大積分流形 。
相關定理
定理1 (Frobenius定理) 設是定義在開子集上的維光滑分布,如果滿足Frobenius條件,則在每一點,存在局部坐標系,使得,並且
定理2 設M是具有第二可數公理的m維光滑流形,是M上的h維光滑分布,如果滿足Frobenius條件,則對於任意一點,必存在的唯一的一個極大積分流形經過點p,並且的經過點p的每一個連通積分流形必包含在這個極大積分流形內 。
下面敘述關於定理證明的大意。
根據Frobenius定理,在M上存在一族局部坐標系,其中構成M的可數開覆蓋,且在中的坐標面
是的h維積分流形。
設N是連通的h維光滑流形,且是的積分流形,即
根據的連續性,若,則有點p在N中的連通鄰域V,使得,故包含在的某個坐標面(1)內,設q是N上另外一點,C是聯結p,q的分段光滑曲線,則C可以用有限多個如上所述的鄰域V覆蓋住。換句話說,N上任意一點q都能用分段光滑曲線與點p連結起來,並且其中每一段光滑曲線都是的一維積分流形,即有[0,1]的分割
使得每一段曲線是光滑的,並且是的一維積分流形。
上述討論啟發我們如何去構造分布的經過點的極大積分流形。設,令
={:q能用分段光滑曲線與p連結,且每段光滑曲線是的一維積分流形). (2)
在K上能引進光滑流形結構,使之成為h維連通光滑流形,並可證明是的經過點p的極大積分流形,這裡是包含映射。
事實上,若,則q必屬於某個,於是坐標面
的含有q的連通分支必包含在K內,將該連通分支取為點q在K中的坐標鄰域,且以
為其中的局部坐標。可以驗證,這樣給出的坐標鄰域構成K的-坐標覆蓋,從而使K成為h
維光滑流形,且是的積分流形。根據K的定義以及前面的討論,若是的經過
點p的連通積分流形,則必有,因此K是極大的。
由定理2可見,在M中存在一族h維連通的、單一浸入的子流形,滿足如下條件:
(1)對於M上任意一點p,必有族中的一個子流形通過它;
(2)存在點p的局部坐標系,使得在族中的子流形滿足時,的連通分支為
這樣的子流形族稱為M的一個 葉狀結構(foliation),其中的每一個子流形稱為 葉(leaf),因此,定理2的意義是:M上滿足Frobenius條件的h維分布在M上決定了一個葉狀結構。關於葉狀結構的拓撲和幾何的研究,是60年代以來一個重要的課題 。