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Variétés différentiables (géom)

1854
  • Bernhard Riemann
Rouleau de parchemin détaillant les variétés différentiables dans une salle d'étude historique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Un collecteur différentiable est un espace topologique qui est localement similaire à l'espace euclidien, ce qui permet d'appliquer le calcul. Chaque point a un voisinage homéomorphe à un sous-ensemble ouvert de [latex]\mathbb{R}^n[/latex]. Ces systèmes de coordonnées locales, appelés diagrammes, sont reliés par des fonctions de transition lisses, formant un atlas qui définit la structure différentiable du manifold.

Un collecteur différentiable est l'objet d'étude central de la géométrie différentielle. Ce concept formalise l'idée d'un "espace courbe" de toute dimension. Alors que globalement un collecteur peut être complexe (comme une sphère ou un tore), localement, autour de n'importe quel point, il ressemble à un morceau plat de l'espace euclidien. Cette "planéité" locale est essentielle, car elle nous permet d'utiliser les outils du calcul à plusieurs variables.

La définition formelle fait intervenir un ensemble de points M, une topologie sur M et un atlas. Un atlas est un ensemble de cartes, où chaque carte est une paire (U, φ), U étant un ouvert de M et φ un sous-ensemble de M. homéomorphisme De U vers un sous-ensemble ouvert de ℝⁿ. Pour deux cartes quelconques se chevauchant, (U, φ) et (V, ψ), l'application de transition ψ ∘ φ⁻¹ de φ(U ∩ V) vers ψ(U ∩ V) est nécessairement un difféomorphisme (infiniment différentiable et possédant un inverse différentiable). Cette condition de compatibilité garantit la cohérence des calculs effectués dans un système de coordonnées avec ceux effectués dans un autre.

Cette structure permet de définir des espaces tangents, des champs de vecteurs et des formes différentielles sur la variété, indépendamment de tout système de coordonnées particulier. Elle fournit un cadre pour l'étude intrinsèque de la géométrie, sans qu'il soit nécessaire d'intégrer l'espace dans un espace ambiant de dimension supérieure.

UNESCO Nomenclature: 1204
- Géométrie

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • géométrie euclidienne
  • Géométries non euclidiennes (Lobachevsky, Bolyai)
  • Théorie des surfaces de Carl Friedrich Gauss
  • Systèmes de coordonnées de René Descartes
  • Premiers concepts de topologie

Applications

  • relativité générale (l'espace-temps est modélisé comme une variété lorentzienne 4D)
  • robotique (les espaces de configuration des robots sont des variétés)
  • infographie (représentant des surfaces complexes)
  • théorie des cordes
  • mécanique classique (l'espace des phases est une variété symplectique)

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • développer des algorithmes plus efficaces pour naviguer dans des paysages de données complexes et de grande dimension dans l'apprentissage automatique
  • création de nouveaux matériaux aux propriétés topologiques programmables pour la robotique souple
  • designing control systems for swarms of autonomous drones that treat the swarm’s collective state as a point on a manifold
  • modeling the “shape” of financial markets to identify systemic risks
  • création d'environnements de réalité virtuelle avec des géométries non euclidiennes pour les simulations de jeux et de formation
  • optimiser les protocoles de routage réseau en considérant l'espace d'état du réseau comme un collecteur
  • développer de nouvelles méthodes d'analyse du repliement des protéines en modélisant les espaces conformationnels
  • conception de systèmes cryptographiques avancés basés sur la géométrie de variétés de grande dimension
Voir aussi : manifold, topologie, structure différentiable, atlas, graphique, espace euclidien, calcul, géométrie.

Contexte historique

Variétés différentiables (géom)

1827
1829
1850
1854
1854
1895
1899
1822
1828
1848
1850
1854
1884
1896
1900

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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