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Geometria Riemanniana

1854
  • Bernhard Riemann
Estudo da geometria Riemanniana com escrivaninha antiga e papéis de pergaminho.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A geometria Riemanniana é o ramo da geometria diferencial que estuda variedades Riemannianas — variedades diferenciáveis ​​dotadas de uma métrica Riemanniana. Essa métrica é uma coleção de produtos internos nos espaços tangentes, variando suavemente de ponto a ponto. Ela permite a definição de noções geométricas locais como ângulo, comprimento de curvas, área de superfície e volume, levando a uma noção generalizada de curvatura.

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.

O tensor métrico [latex]g[/latex] permite medir o comprimento de vetores tangentes e o ângulo entre eles. Consequentemente, pode-se definir o comprimento de uma curva integrando o comprimento de seu vetor velocidade. O caminho mais curto entre dois pontos é chamado de geodésica, que generaliza o conceito de “linha reta” para espaços curvos. O desvio entre geodésicas revela a curvatura da variedade.

A descrição completa da curvatura na geometria Riemanniana é capturada pelo tensor de curvatura de Riemann, [latex]R(u, v)w[/latex]. Este tensor é um mapa multilinear que quantifica a extensão em que a derivada covariante deixa de comutar. Ele contém toda a informação geométrica intrínseca da variedade e generaliza o valor único da curvatura gaussiana para superfícies. Contrações do tensor de Riemann produzem outras medidas de curvatura importantes, como o tensor de Ricci e a curvatura escalar, que são fundamentais para a teoria da relatividade geral de Einstein.

UNESCO Nomenclature: 1204
Geometria

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Revolucionário

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Teoria das superfícies de Gauss (Disquisitiones generales circa superficies curvas)
  • Geometrias não euclidianas de Lobachevsky e Bolyai
  • Desenvolvimento do cálculo tensorial por Ricci-Curbastro e Levi-Civita
  • Conceito de uma variedade

Aplicações

  • Teoria da relatividade geral (o espaço-tempo é uma variedade pseudo-riemanniana)
  • ciência de dados (técnicas de aprendizado de variedades)
  • Robótica (planejamento de movimento em espaços de configuração)
  • geodesia (modelagem da forma da Terra)
  • computer vision (shape analysis)

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: variedade riemanniana, tensor métrico, espaço tangente, curvatura, geodésica, relatividade geral, riemann, produto interno.

Contexto histórico

Geometria Riemanniana

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