Variedades diferenciables (geom)
Una variedad diferenciable es una espacio topológico que es localmente similar al espacio euclidiano, lo que permite aplicar el cálculo. Cada punto tiene un entorno homeomorfo a un subconjunto abierto de [latex]mathbb{R}^n[/latex]. Estos sistemas de coordenadas locales, llamados cartas, están relacionados por funciones de transición suaves, formando un atlas que define la estructura diferenciable de la variedad.
Una variedad diferenciable es el objeto central de estudio en geometría diferencial. Este concepto formaliza la idea de un «espacio curvo» de cualquier dimensión. Si bien globalmente una variedad puede ser compleja (como una esfera o un toro), localmente, alrededor de cualquier punto, se asemeja a una porción plana del espacio euclidiano. Esta «planitud» local es fundamental, ya que nos permite utilizar las herramientas del cálculo multivariable.
The formal definition involves a set of points M, a topology on M, and an atlas. An atlas is a collection of charts, where each chart is a pair (U, φ), with U being an open subset of M and φ being a homeomorphism from U to an open subset of [latex]\mathbb{R}^n[/latex]. For any two overlapping charts, (U, φ) and (V, ψ), the transition map [latex]\psi \circ \phi^{-1}[/latex] from [latex]\phi(U \cap V)[/latex] to [latex]\psi(U \cap V)[/latex] must be a diffeomorphism (infinitely differentiable with a differentiable inverse). This compatibility condition ensures that calculus performed in one coordinate system is consistent with calculus performed in another.
Esta estructura permite la definición de espacios tangentes, campos vectoriales y formas diferenciales en la variedad, independientemente de cualquier sistema de coordenadas. Proporciona un marco para el estudio intrínseco de la geometría, sin necesidad de integrar el espacio en un espacio ambiental de mayor dimensión.
UNESCO Nomenclature: 1204
- Geometría
Precursores
- geometría euclidiana
- Geometrías no euclidianas (Lobachevsky, Bolyai)
- Teoría de superficies de Carl Friedrich Gauss
- Sistemas de coordenadas de René Descartes
- Conceptos tempranos de topología
Aplicaciones
- Relatividad general (el espacio-tiempo se modela como una variedad lorentziana 4d)
- robótica (los espacios de configuración de los robots son variedades)
- gráficos por computadora (que representan superficies complejas)
- teoría de cuerdas
- mecánica clásica (el espacio de fases es una variedad simpléctica)
Ideas para posibles innovaciones
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Relacionado con: variedad, topología, estructura diferenciable, atlas, carta, espacio euclidiano, cálculo, geometría.