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¿Qué debería enseñarse en un 1er curso sobre colectores lisos?

El próximo trimestre impartiré un curso de introducción a las variedades diferenciables. El curso está dirigido a estudiantes de cuarto curso de licenciatura en EE.UU. y a estudiantes de primer curso de posgrado en EE.UU. que hayan hecho cursos básicos de topología de conjuntos de puntos y cálculo multivariable, pero es posible que no conozcan la definición de variedad diferenciable. Estoy siguiendo el libro de texto Topología diferencial por Guillemin y Pollack, complementado por Milnor's Libro .

Mi pregunta es: ¿Qué temas conviene tratar que no figuren en los libros de texto asignados?

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AFK Puntos 3974

El libro de Thierry Aubin "A course in differential geometry" es realmente bueno para un curso introductorio. Abarca las definiciones básicas de variedades y haces vectoriales, orientabilidad e integración (fórmula de Stokes) y luego se centra en la geometría riemanniana definiendo la conexión Levi-Civita, el tensor de curvatura, etc...

Los únicos temas importantes que faltan son los grupos de Lie y la cohomología de De Rham. Muchos cursos de geometría diferencial no hablan de estos temas, dejándolos para cursos especializados en teoría de Lie o topología algebraica, pero creo que es un error.

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Kris Kumler Puntos 4122

Esto está de acuerdo con el comentario de Igor sobre la respuesta de Anton, pero se hizo demasiado largo.

Yo diría que, sea cual sea el enfoque que se adopte en última instancia, para un curso de posgrado de primer año sin duda tiene que hacerse "correctamente", es decir, partiendo de la definición intrínseca de una variedad lisa y utilizando el lenguaje "moderno" y las definiciones generales de haces tensores, conexiones, etc.

Absolutamente crucial (y esto es lo que inspiró este comentario), el curso simplemente tiene enseñar a la gente que los colectores son algo más que superficies 2D, porque por eso la teoría es tan útil y tan destacada en las matemáticas modernas. Se trata, sin duda, de la enorme diversidad de objetos susceptibles de ser pensados geométricamente (sea lo que sea lo que eso signifique). El trabajo del profesor consistiría entonces en mantener la intuición de "superficies en R^3" utilizando al mismo tiempo definiciones generales. Creo que esto es posible. Si no, ¿qué demonios estamos haciendo?

Por el aspecto de los libros mencionados en la pregunta, ciertamente parece un curso sobre lo que yo llamaría "Topología Diferencial". Por supuesto, no hay nada malo en un buen curso de topología diferencial. Sin embargo, no me parece que sea sinónimo de "A First Course on Smooth Manifolds". Mi libro de cabecera para esto último es Introduction to Smooth Manifolds, de John Lee.

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beggs Puntos 351

En un primer curso destinado a introducir las variedades diferenciables como los espacios en los que se realiza el cálculo, se podría dar a los estudiantes la noción de conexión al menos sobre haces vectoriales.

Para reflexionar sobre el porqué de esta elección, recojo las palabras de S.S.Chern cerrando la introducción de Global Differential Geometry, MAA Studies in Math.27, 1989:

La Redacción está convencida de que la noción de conexión en un en un haz vectorial pronto se incluirá en una clase de cálculo cálculo avanzado, ya que es un concepto fundamental y sus aplicaciones son muy extendidas. Su capítulo, "Vector Bundles with a Connection," demostrará que se trata de un concepto elemental.

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bignose Puntos 459

Tengo que añadir algo a lo anterior. En nuestra universidad solemos utilizar una combinación de Guillemin y Pollack y Milnor. Hay otro enfoque en un primer curso que algunos han encontrado útil: El libro de Bott y Tu,

                  Differential forms in algebraic topology 

Este texto cubre un conjunto alternativo de temas que se solapan tanto con la teoría de múltiples como con la topología algebraica.

Descargo de responsabilidad: (1) Nunca he utilizado el texto, pero varios colegas han dicho en el pasado que es un buen libro para utilizar - y yo personalmente soy un gran fan del enfoque de Bott a la escritura matemática.

(2) Si uno utiliza Bott y Tu, entonces tiene que sacrificar

                          transversality.

Andrew Ranicki me dijo una vez que la transversalidad cuenta como una de las joyas más importantes de las matemáticas del siglo XX.

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helpplease Puntos 4

Formas diferenciales.

Los libros de Darling (Differential forms and connections) y Madsen-Tornehave (From calculus to cohomology: de Rham cohomology and characteristic classes) pueden ser de ayuda.

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