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Teorema Egregio de Gauss

1827
  • Carl Friedrich Gauss
Carl Friedrich Gauss calculando la curvatura gaussiana en un despacho histórico.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El Teorema Egregium (teorema notable en latín) afirma que la curvatura gaussiana de una superficie es una propiedad intrínseca. Esto significa que sólo depende de cómo se midan las distancias en la propia superficie, no de cómo se inserte la superficie en el espacio tridimensional. Una hoja de papel plana puede enrollarse hasta formar un cilindro, pero no una esfera sin estirarse.

El Teorema Egregium de Gauss es una piedra angular de la geometría diferencial. Antes de Gauss, la curvatura se entendía de forma extrínseca, es decir, en relación con la curvatura de una superficie en un espacio tridimensional. Gauss descubrió una forma de calcular la curvatura utilizando únicamente la información disponible para un ser bidimensional imaginario que viviera en la superficie. Esta medida intrínseca se denomina ahora curvatura de Gauss.

Demostró que la curvatura gaussiana [latex]K[/latex] podía expresarse íntegramente en términos de los coeficientes de la primera forma fundamental ([latex]E, F, G[/latex]) y sus derivadas. La primera forma fundamental, [latex]ds^2 = E du^2 + 2F du dv + G dv^2[/latex], define la métrica de la superficie: indica cómo medir las longitudes de las curvas. Como la métrica es intrínseca, la curvatura también debe serlo. Esto supuso un profundo cambio de perspectiva.

La implicación práctica del teorema es que dos superficies cualesquiera que puedan transformarse una en otra sin estirarse ni desgarrarse (una isometría) deben tener la misma curvatura de Gauss en los puntos correspondientes. Por ejemplo, un plano tiene curvatura cero. Como un cilindro se puede formar enrollando un plano sin distorsión, también tiene curvatura de Gauss nula. Una esfera, sin embargo, tiene curvatura positiva constante, razón por la cual es imposible aplanar una piel de naranja sin romperla. Más tarde, Riemann generalizó este concepto a dimensiones superiores, allanando el camino para la teoría de la relatividad general de Einstein.

UNESCO Nomenclature: 1204
- Geometría

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Revolucionario

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • geometría euclidiana
  • Teoría de curvas y superficies
  • Desarrollo del cálculo por Newton y Leibniz
  • Primera forma fundamental

Aplicaciones

  • cartografía (explica por qué ningún mapa plano de la Tierra puede ser perfectamente exacto)
  • relatividad general (la curvatura del espaciotiempo es intrínseca)
  • ingeniería estructural (diseño de cáscaras y estructuras curvas)
  • gráficos por ordenador (para mapeado de texturas y parametrización de superficies)

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: curvatura gaussiana, geometría intrínseca, teorema egregio, primera forma fundamental, isometría, superficies, métrica, Gauss.

Contexto histórico

Teorema Egregio de Gauss

1799
1812
1822
1827
1829
1850
1854
1780
1805
1822
1822
1828
1848
1850
1854

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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