微分几何——学习总结
(2010-05-30 14:25:16)
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杂谈 |
从5.1期间开始看微分几何以来,断断续续花了一个月的时间。虽然其实最开始的几章在5.1结束时就看了,但后面由于各种事情,每周给它的时间并不多,所以直到最近才算基本上看完了。本来看完就看完了,但是发现自己的blog像流水账一样,所以写点东西来充充质量吧。
书籍:《微分几何及其应用》(原书第二版)
作者:John Oprea
译者:陈智奇、李君
出版社:机械工业出版社
时间:4.28-5.28
由于自己很喜欢数学,特别是看到漂亮的数学理论。这点,就像看到美女一样,呵呵http://www/uc/myshow/blog/misc/gif/E___6706ZHE1SIGG.gif。
看这本书,我是比较用心的,但只是比较而已。以前额外看书都不做习题的,这次还做了几个习题。。。但是现在回想起这本书的内容还是一片混乱,哎,没有学到家呀。现在就按着目录讲讲这本书的内容吧。
第一章、曲线的几何性质
先是接触了几个小定理,几条著名的曲线(摆线、星形线、螺旋线、悬链线、追逐线)。然后,让我耳目一新的就是:曲线的弧长参数形式。不是原来都是以时间t(暂时这样叫吧。)作为参数的吗,现在我们有用弧长作为参数来处理曲线啦紧接着就是单位速度曲线的单位切向量、曲率、主法向量、副法向量和扰率的定义。其中,Frenet标架和Frenet公式对几个量及其导数做了归总。值得注意的是以前在三维空间中的曲率的定义(x和y的导数定义的方式,见《微积分》)和这里的一致——也就是说那个定义可由这个定义导出。然后,就是非单位速度曲线的的一些定义和结论。接下来讲了一些关于曲率和扰率的一些结论、格林定理和等周不等式的证明。最后那个用Maple来绘制曲线的方面,因为我决定用matlab来绘制,所以对我而言就没什么用了。。。
总的来说,这章对我而言,新的东西就是:曲线参数化、部分概念、等周不等式的证明。
第二章、曲面
曲面的参数形式、u-参数曲线、v-参数曲线、坐标补片(Coordinate
Patch)、蒙日片、指纹面。这第小节提到了流形中一些常用说法。第二节首先讲了切平面和可定向曲面的定义,最后给出了穿行于全书的方向导数、共变微商(Covariant
Derivative)和形状算子(Shape
Operator)的定义。形状算子刻画了不少曲面的性质。第三节讲曲面上的线性代数,形状算子是切空间上的线性变换,所以这节的不少东西跟形状算子有关。另外,这节还讲了反函数定理和高斯映射(Gaussian
Map)、高斯映射的微分映射。高斯映射将曲面映射到单位球面。第四节讲了法曲率(Normal
Curvature)、主向量(Principal Vector)和主曲率(Principal
Curvature)、脐点等等。
这章尤为重要的就是方向导数、共变微商、形状算子、高斯映射、法曲率、主曲率的定义。这几个东西几乎贯穿全书。
第三章、曲率
第一节先讲高斯曲率K、平均曲率H。它们都和形状算子相关。然后又附带讲了平坦曲面和极小曲面的定义。第二节讲了曲率的计算。此处的计算都是基于坐标补片——运用u-参数曲线和v-参数曲线。第三节定义了旋转曲面。附带讲了伪球面(Pseudosphere)和拽物线(Tractrix)。注意,伪球面是常高斯曲率的旋转曲面。第四节用与坐标补片无直接关系的形式(E、G的形式)重写了高斯曲率的公式。这个定理也叫做高斯绝好(Egregium)定理。后面两节将述了一些结论,比如说:如曲面的任意点都是脐点,那么此曲面是平面或球面的一部分;具有常高斯曲率的紧曲面是球面;极小旋转曲面是平面或者悬链面的一部分。除了这些还有一个单独的内容——德洛奈曲面(Delaunay
Surface)。
曲率是这章的重心,尤其是高斯曲率的计算机几个结论。
第四章、常平均曲率的曲面
这章讲了极小曲面和常平均曲率曲面。第二节讲了坐标补片中面积的定义、极小曲面方程、卡塔兰定理(Catalan's
Theorem)(R^3中任意直纹极小曲面都是平面或者螺纹面的一部分)。第三节讲了极小化面积的历史由来。第四节讲了常平均曲率的几个相关定理(这个我没有细看)。后面几个章节将的内容就是调和函数(Harmonic
Funciton)、复变量、等温坐标(Isothermal
Coordinate)以及Weierstrass-Enneper表示。由于涉及到复分析,基本上没有看。但是注意到这里有几个对我而言比较重要的地方:调和函数、等温坐标和共形映射(Conformal
Map)的定义。
这章于我而言用处不大?重要的是几个定义——调和函数、等温坐标和共形映射。
第五章、测地线、度量及等距
先讲了讲测地曲率、测地线的定义。平面上的侧地线是直线,球面上的测地线在大圆上。第二节讲了测地线方程和克莱罗关系式。注意其中u、v对时间求导。这节还讲了环面的测地线、和几条相关定理和推论等。第三节讲了讲完备性。或者说,有时候两点之间并没有最短路径。第四节研究了非R^3中的曲面。主要是在新的度量下,研究高斯曲率。这里介绍了几个典型曲面:庞加莱平面、双曲平面、球极平面和平坦的环面。另外,通过这些新的度量还研究了新的测地线方程。第五节特别地讲了等距和共形映射。等距是指曲面之间映射所满足的一个特性。特别的提出两个重要的定理:两个曲面在等距映射下的对应点处高斯曲率相同。测地线在等距映射下相互对应。
这章非常重要。特别是其关于测地线的那些等式和结论。所以,对于学习流形的我来说,测地线和等距是十分敏感的。
第六章、完整性及高斯-博内定理
这章第一节讲了平行公理、曲面面积如何积分、全高斯曲率。第二节讲了讲修正的共变微商及共变微商在切平面上的投影。第三节讲了平行向量场和完整性。注意平行向量场的理解和完整性的定义。第四节讲傅科摆,没有细细看。第五节讲可缩曲线的角的剩余定理。特别注意测地线围成三角形(此时,测地曲率为0)的内角和为pi加上或减去全高斯曲率。第六节讲了讲高斯-博内定理(Gauss-Bonnet
Theorem)。任何曲面都可以三角剖分、曲面的欧拉示性数。后面两节讲高斯-博内定理的应用和测地极坐标。没有细细研究它们。
在这章中,真正看过的东西不多。我最感兴趣的莫过于平行向量场、高斯-博内定理和曲面的三角剖分及欧拉示性数。
第七章、变分法和几何
前三节还细细的看过。后面的由于计算机应用数学这门课重复了这些内容,所以没有仔细地看。
这章可以说是在求解带限曲线。理论的基础是泛函分析、方法是变分法、最后归约到求解偏微分方程上去。对于不同的限制,有着不同的欧拉-拉格朗日方程(Euler-Lagrange
Equation)。这章的几个典型问题值得注意。
第八章、高维略谈
这章算是流形的一个入门介绍吧。坐标补片、雅可比矩阵(Jacobian
Matrix)、超曲面、共变微商(等同于流形中的向量场)、李导数、黎曼度量、正规坐标(法坐标、Normal
Coordinate)、黎曼曲率等。
其实,说了这么多,其实还是没有学到多少东西,悲了个剧了。。。http://www/uc/myshow/blog/misc/gif/E___6706ZHE1SIGG.gif。今天又买了GTM(书系的名称)的黎曼流形和Rudin(一位大师的名字,刚仙逝)的实分析与复分析。慢慢来,天资愚钝,有什么办法呢?