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微分可能多様体(幾何学)

1854
  • Bernhard Riemann
歴史的な書斎にある、微分可能多様体の詳細を記した羊皮紙の巻物。.

(画像はイメージです)

微分可能多様体は 位相空間 これは局所的にユークリッド空間に類似しており、微積分を適用できます。各点には、[latex]mathbb{R}^n[/latex] の開部分集合と同相な近傍があります。チャートと呼ばれるこれらの局所座標系は、滑らかな遷移関数によって関連付けられ、多様体の微分可能な構造を定義するアトラスを形成します。

微分可能多様体は、微分幾何学における中心的な研究対象です。この概念は、任意の次元の「曲がった空間」という考え方を形式化したものです。多様体は全体としては(球やトーラスのように)複雑な形状をしていますが、局所的には、任意の点の周囲では、平坦なユークリッド空間のように見えます。この局所的な「平坦性」が重要であり、これによって多変数微積分学の手法を用いることができるのです。

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.

この構造により、特定の座標系に依存することなく、多様体上の接空間、ベクトル場、微分形式を定義することが可能になります。これは、空間を高次元の周囲空間に埋め込む必要なく、幾何学を本質的に研究するための枠組みを提供します。

UNESCO Nomenclature: 1204
幾何学

タイプ

抽象システム

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ユークリッド幾何学
  • 非ユークリッド幾何学(ロバチェフスキー、ボヤイ)
  • カール・フリードリヒ・ガウスによる曲面理論
  • ルネ・デカルトによる座標系
  • トポロジーの初期概念

アプリケーション

  • 一般相対性理論(時空は4次元ローレンツ多様体としてモデル化される)
  • ロボット工学(ロボットの構成空間は多様体である)
  • コンピュータグラフィックス(複雑な曲面の表現)
  • 弦理論
  • 古典力学(位相空間はシンプレクティック多様体である)

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:多様体、位相幾何学、微分構造、アトラス、図表、ユークリッド空間、微積分、幾何学。

歴史的背景

微分可能多様体(幾何学)

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

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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