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Géométrie riemannienne

1854
  • Bernhard Riemann
Étude de la géométrie riemannienne avec un bureau ancien et des papiers parchemin.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

La géométrie riemannienne est la branche de la géométrie différentielle qui étudie les variétés riemanniennes, c'est-à-dire des variétés lisses dotées d'une métrique riemannienne. Cette métrique est un ensemble de produits scalaires sur les espaces tangents, variant de manière uniforme d'un point à un autre. Elle permet de définir des notions géométriques locales telles que l'angle, la longueur des courbes, l'aire et le volume, conduisant à une notion généralisée de courbure.

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.

Le tenseur métrique [latex]g[/latex] permet de mesurer la longueur des vecteurs tangents et l'angle entre eux. Par conséquent, on peut définir la longueur d'une courbe en intégrant la longueur de son vecteur vitesse. Le chemin le plus court entre deux points est appelé géodésique, ce qui généralise le concept de "ligne droite" aux espaces courbes. La déviation des géodésiques les unes par rapport aux autres révèle la courbure de l'espace.

La description complète de la courbure dans la géométrie riemannienne est représentée par le tenseur de courbure de Riemann, [latex]R(u, v)w[/latex]. Ce tenseur est une carte multilinéaire qui quantifie la mesure dans laquelle la dérivée covariante ne se commute pas. Il contient toutes les informations géométriques intrinsèques du collecteur et généralise la valeur unique de la courbure gaussienne pour les surfaces. Les contractions du tenseur de Riemann permettent d'obtenir d'autres mesures de courbure importantes, comme le tenseur de Ricci et la courbure scalaire, qui sont au cœur de la théorie de la relativité générale d'Einstein.

UNESCO Nomenclature: 1204
- Géométrie

Taper

Système abstrait

Perturbation

Révolutionnaire

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Théorie des surfaces de Gauss (Disquisitiones generales circa superficies curvas)
  • Géométries non euclidiennes de Lobachevsky et Bolyai
  • Développement du calcul tensoriel par Ricci-Curbastro et Levi-Civita
  • Concept de variété

Applications

  • théorie de la relativité générale (l'espace-temps est une variété pseudo-riemannienne)
  • science des données (techniques d'apprentissage multiples)
  • robotique (planification de mouvement dans les espaces de configuration)
  • la géodésie (modélisation de la forme de la terre)
  • vision par ordinateur (analyse de forme)

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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Voir aussi : manifold riemannien, tenseur métrique, espace tangent, courbure, géodésique, relativité générale, riemann, produit intérieur.

Contexte historique

Géométrie riemannienne

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

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

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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