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Geometría de Riemann

1854
  • Bernhard Riemann
Estudio de geometría riemanniana con escritorio antiguo y papeles de pergamino.

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La geometría riemanniana es la rama de la geometría diferencial que estudia las variedades riemannianas: variedades suaves dotadas de una métrica riemanniana. Esta métrica es un conjunto de productos internos en los espacios tangentes, que varían suavemente de un punto a otro. Permite definir nociones geométricas locales como ángulo, longitud de curvas, área superficial y volumen, lo que da lugar a una noción generalizada de curvatura.

Riemannian geometry, introduced in Bernhard Riemann’s 1854 lecture “On the Hypotheses which lie at the Bases of Geometry,” generalizes Gauss’s theory of surfaces to any number of dimensions. The key object is a Riemannian manifold, which is a differentiable manifold where each tangent space [latex]T_p M[/latex] at a point [latex]p[/latex] is equipped with an inner product [latex]g_p[/latex], called the Riemannian metric. This metric must vary smoothly as [latex]p[/latex] varies over the manifold.

The metric tensor [latex]g[/latex] allows one to measure the length of tangent vectors and the angle between them. Consequently, one can define the length of a curve by integrating the length of its velocity vector. The shortest path between two points is called a geodesic, which generalizes the concept of a “straight line” to curved spaces. The deviation of geodesics from each other reveals the curvature of the manifold.

The full description of curvature in Riemannian geometry is captured by the Riemann curvature tensor, [latex]R(u, v)w[/latex]. This tensor is a multilinear map that quantifies the extent to which the covariant derivative fails to commute. It contains all the intrinsic geometric information of the manifold and generalizes the single value of Gaussian curvature for surfaces. Contractions of the Riemann tensor yield other important curvature measures like the Ricci tensor and scalar curvature, which are central to Einstein’s theory of general relativity.

UNESCO Nomenclature: 1204
- Geometría

Tipo

Sistema abstracto

Disrupción

Revolucionario

Utilización

Uso generalizado

Precursores

  • Gauss’s theory of surfaces (Disquisitiones generales circa superficies curvas)
  • Geometrías no euclidianas de Lobachevsky y Bolyai
  • Desarrollo del cálculo tensorial por Ricci-Curbastro y Levi-Civita
  • Concepto de variedad

Aplicaciones

  • teoría general de la relatividad (el espacio-tiempo es una variedad pseudo-riemanniana)
  • ciencia de datos (técnicas de aprendizaje múltiple)
  • robótica (planificación del movimiento en espacios de configuración)
  • geodesy (modeling the earth’s shape)
  • visión artificial (análisis de formas)

Patentes:

NA

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