Frobenius の定理
定理
を 上の 1-form を成分とする列ベクトルとし,
行列 は可逆であるとする.
このときつぎは同値.
(1) 任意の に対し,
をみたす 写像 が存在する.
(2) 上の 1-form を成分とする 行列
が存在して,
証明
可逆行列に値をとる関数 に対し,
とおきかえても,条件 (1),(2) は変わらない.
したがって,
の場合に示せばよい.このとき (1) は,
(1) ⇒ (2)
(1) より,
よって
(2) ⇒ (1)
したがって,
とおくと,
常微分方程式
の解に対し,
したがって,
最後に, を用いた.
のとき
なので,常微分方程式の解の一意性より,
よって, とおくと,
これは (1) の解になる.//