Frobenius の定理

定理

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
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.//