https://mathtod.online/@yajidasu/379068
リンク先の疑問がもしも、
リーマン計量 $g$ を固定したとき、滑らかな実数値函数 $\varphi$ を動かして作れる $e^\varphi g$ の形の計量はどれくらいあるか?
という疑問について述べているとしたら、「共形幾何 (conformal geometry)」について調べてみるとよいと思います。
問題設定が違うなら、ごめんなさい。
問題設定を明瞭にすれば、疑問に答えてもらえる確率が高まると思います。
https://mathtod.online/@yajidasu/379068
リンク先の疑問がもしも、
リーマン計量 $g$ を固定したとき、滑らかな実数値函数 $\varphi$ を動かして作れる $e^\varphi g$ の形の計量はどれくらいあるか?
という疑問について述べているとしたら、「共形幾何 (conformal geometry)」について調べてみるとよいと思います。
問題設定が違うなら、ごめんなさい。
問題設定を明瞭にすれば、疑問に答えてもらえる確率が高まると思います。
リーマン計量を$$
ds^2 = \sum_{i,j=1}^n g_{ij}(x) dx^i\,dx^j
$$と書くとき、$ds^2$ は微小線素の長さの二乗を意味していると思っています。リーマン計量は各点ごとに微小線素の測り方を与えている。
任意の正値函数 $a(x)$ によってこれを$$
d\tilde s^2 = a(x)^2 ds^2
$$に変える変換は各点 $x$ ごとに長さを $a(x)$ 倍して測ることを意味しています。
このように長さの測り方を変えても角度は変化しません。なぜならば接ベクトル $X,Y$ のなす角度 $\theta$ はリーマン計量が定める内積$$
g(X,Y) = \sum_{ij}g_{ij}(x)X^i Y^j
$$を使って、$$
\cos\theta = \frac{g(X,Y)}{\sqrt{g(X,X)}\sqrt{g(Y,Y)}}
$$で決まるからです(この公式は本質的に高校の内積の項目で習っている、高校数学はとても大事)。分子分母に $a(x)^2$ を書けても $\cos\theta$ は変わらない。
大体において $n$ が一般の場合をいきなり最初からやるのは「なまいき」過ぎることが多い。
$n=1$ の場合、$n=2$ の場合、$n=3$ の場合、……と続けて言って、詰まったら、「易しい」一般の $n$ の場合に「逃げる」という感じの方が、理解が深まる場合が多いと思います。
上で述べた長さだけを変えて、角度を変えない話(共形幾何の話)も $n$ が小さな方から順番にやってみるべきです。
$n=1$ の1次元の場合には任意の計量は座標
$x=x^1$ と取るとき、$$
ds^2 = a(x)^2 dx^2
$$と書ける。
実はその次の $n=2$ の2次元の場合は大変面白い話になります。
様々な分野が交差する多くの数学の模範とされている世界が現われます。
共形構造と複素構造の一致、共形同値な計量の中から定曲率なものを選べること、それによって2次元世界を正定曲率正・零曲率・負低曲率の3つに分類できること、コンパクトRiemann面の場合には定曲率の正負はRiemann面のトポロジーで決まることなどなど。
2次元の定曲率の幾何は局所的に
球面の非ユークリッド幾何
平面のユークリッド幾何
単位円盤もしくは上半平面の非ユークリッド幾何(負定曲率のいつもの計量を入れておく)
のどれかと同型になります。すなわち、普遍被覆(←これは基本群について習ったときに学ぶ決定的に極めて重要な概念、基本群と被覆空間の理論はGalois理論の一種!)はこれらのどれかになる。
平面を格子で割って得られるトーラスが楕円曲線です。
一般にコンパクトRiemann面は複素代数曲線になるので、代数幾何とも繋がります。
余談:2次元の場合の曲率の概念の整備はGaussさんがやってくれました。
昔風の曲面論について学べば、第一基本形式、第二基本形式、平均曲率とGauss曲率についてやって、Gauss曲率が第一基本形式(のちにRiemann計量と呼ばれるようになるもの)だけで書けること(Gauss驚愕の定理)を学びます。そして単に曲率と言えばGauss曲率を意味するようになる。
多くの数学が以上で述べたような2次元のケースの一般化になっています。