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可微流形(geom)

1854
  • Bernhard Riemann
历史研究室中,一幅描绘可区分流形的羊皮纸卷轴。

(图片仅供参考)

可微流形是 拓扑空间 它局部类似于欧几里得空间,因此可以应用微积分。每个点都有一个邻域,该邻域同胚于 [latex]mathbb{R}^n[/latex] 的一个开子集。这些局部坐标系,称为图,通过光滑的过渡函数相互关联,形成一个图谱,定义了流形的可微结构。

可微流形是微分几何的核心研究对象。它形式化了任意维度“弯曲空间”的概念。虽然流形整体上可以是复数(例如球面或环面),但在局部,围绕任意一点,它看起来就像欧几里得空间中的一块平坦区域。这种局部“平坦性”至关重要,因为它使我们能够运用多元微积分的工具。

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.

这种结构允许在流形上定义切空间、矢量场和微分形式,而不受任何特定坐标系的限制。它提供了一个从本质上研究几何的框架,而无需将空间嵌入到更高维度的环境空间中。

UNESCO Nomenclature: 1204
- 几何学

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 欧几里得几何
  • 非欧几里得几何(罗巴切夫斯基、博雅伊)
  • 卡尔·弗里德里希·高斯的曲面理论
  • 勒内·笛卡尔的坐标系
  • 拓扑学的早期概念

应用程序

  • 广义相对论(时空被建模为 4d 洛伦兹流形)
  • 机器人技术(机器人的配置空间是流形)
  • 计算机图形学(表示复杂表面)
  • 弦理论
  • 经典力学(相空间是辛流形)

专利:

NA

潜在创新理念

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相关领域:流形、拓扑学、可微结构、图谱、图表、欧几里得空间、微积分、几何学。

历史背景

可微流形(geom)

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

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

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