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顺着知识,继续探索

微分几何

围绕曲线与曲面、度量与曲率、流形与微分形式理解概念与联系。先建立知识结构,视频讲解按审核情况逐步补充。

前置知识与跨科联系

  • 解析几何

    坐标把几何条件转化为方程,使代数方法可用于研究几何对象。

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曲线与曲面

  • 正则曲线

    正则曲线的速度向量非零,可定义局部切向几何。

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  • 弧长

    对足够正则的曲线积分其速率可得到弧长。

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  • 曲率与挠率

    曲率衡量切向方向变化,挠率描述空间曲线偏离平面的程度。

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  • 正则曲面

    正则曲面参数坐标的切向量线性无关。

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度量与曲率

  • 切空间

    一点的切向量构成描述无穷小方向的线性空间。

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  • 黎曼度量

    黎曼度量在切空间上平滑指定正定内积,用以度量长度和角度。

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  • 测地线

    测地线的协变加速度为零,并在适当局部条件下使长度取驻值。

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  • 高斯曲率

    主曲率之积给出曲面高斯曲率,具有内蕴意义。

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流形与微分形式

  • 光滑流形

    相容的光滑坐标图使流形上的微分运算有意义。

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  • 微分形式

    微分形式是交替多线性对象,可在有向几何区域上积分。

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  • 协变导数

    联络使向量场微分时能够比较变化中的切空间。

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  • 高斯—博内定理

    闭有向曲面的高斯曲率总积分与欧拉示性数相联系。

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课程范围参考