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Variedades Diferenciáveis ​​(geom)

1854
  • Bernhard Riemann
Pergaminho detalhando variedades diferenciáveis em uma sala de estudos histórica.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Uma variedade diferenciável é uma espaço topológico que é localmente semelhante ao espaço euclidiano, permitindo a aplicação do cálculo. Cada ponto possui uma vizinhança que é homeomorfa a um subconjunto aberto de [latex]mathbb{R}^n[/latex]. Esses sistemas de coordenadas locais, chamados cartas, estão relacionados por funções de transição suaves, formando um atlas que define a estrutura diferenciável da variedade.

Uma variedade diferenciável é o objeto central de estudo da geometria diferencial. O conceito formaliza a ideia de um "espaço curvo" de qualquer dimensão. Embora globalmente uma variedade possa ser complexa (como uma esfera ou um toro), localmente, em torno de qualquer ponto, ela se assemelha a um pedaço plano do espaço euclidiano. Essa "planicidade" local é fundamental, pois nos permite usar as ferramentas do cálculo multivariável.

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.

Essa estrutura permite a definição de espaços tangentes, campos vetoriais e formas diferenciais na variedade, independentemente de qualquer sistema de coordenadas específico. Ela fornece uma estrutura para o estudo intrínseco da geometria, sem a necessidade de imergir o espaço em um espaço ambiente de dimensão superior.

UNESCO Nomenclature: 1204
Geometria

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Geometria euclidiana
  • Geometrias não euclidianas (Lobachevsky, Bolyai)
  • Teoria das superfícies por Carl Friedrich Gauss
  • Sistemas de coordenadas por René Descartes
  • Conceitos iniciais de topologia

Aplicações

  • relatividade geral (o espaço-tempo é modelado como uma variedade lorentziana de 4 dimensões)
  • Robótica (os espaços de configuração dos robôs são variedades)
  • Computação gráfica (representação de superfícies complexas)
  • teoria das cordas
  • mecânica clássica (o espaço de fase é uma variedade simplética)

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: variedade, topologia, estrutura diferenciável, atlas, carta, espaço euclidiano, cálculo, geometria.

Contexto histórico

Variedades Diferenciáveis ​​(geom)

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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