Exemple fondemental:
Preuve
Soit la projection canonique de T*X sur X définie par:
Cette projection est une application donc admet une application linéaire tangente:
A l'aide de cette application linéaire tangente, on définit la 1-forme canonique sur T*X (c'est une section de T*(T*X)) par:
La structure symplectique de T*X est alors donnée par la 2-forme:
L'antisymétrie de est évidente, de même que le fait que . Il reste à vérifier que est non dégénéré.
On choisit un système de coordonnées locales (x1,...,xn), soit la base correspondante de T*xX, et les coordonnées de la forme dans cette base. Soit . On a:
donc:
d'où:
ce qui signifie que pour deux vecteurs v et v' de de coordonnées (q,p) et (q',p'), on a:
qui est la forme canonique d'une forme bilinéaire antisymétrique non dégénérée.
Exemple de sous-variété lagrangienne de T*X
Soit une fonction et:
C'est une sous-variété de dimension n de T*X (où n=dimX) qui est le graphe de . La fonction est appelée fonction génératrice de la variété .
Montrons que est lagrangienne. En coordonnées locales, si
qui est l'équation d'un sous-espace vectoriel de dimension n=dimT*X/2, de plus est isotrope car:
Plus généralement, où est une 1-forme est lagrangienne si . Localement, une telle sous-variété est de la forme . En fait, pour qu'une sous-variété lagrangienne soit localement le graphe d'une différentielle de fonction, il suffit que la projection canonique restreinte à Y soit un difféomorphisme local de Y sur X.
Caractérisation:
On munit de la 2-forme :
ce qui en fait une variété symplectique. Alors est canonique si et seulement si le graphe Y de est une sous-variété lagrangienne de . En effet:
Comme Y a la dimension d'une variété lagrangienne, il suffit de vérifier que:
Or
si et seulement si:
i.e. si et seulement si donc si et seulement si est canonique.