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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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Badaboooooom Puntos 140

No creo que ninguno de esos libros cubra las distribuciones y el teorema de Frobenius. Las conexiones con las ecuaciones diferenciales parciales en general creo que son buenos temas.

Guillemin y Pollack es un libro que me gusta mucho, pero los capítulos 2 y 3 (transversalidad e intersección) siempre me han parecido un poco especializados para un primer curso. Aunque, después de todo, el título es "Topología diferencial". Mi experiencia es que la gente tiende a cubrir sólo los capítulos 1 y 4.

La definición de un colector en G&P es como un subconjunto de $\mathbb{R}^n$ (como en Milnor). Según recuerdo, la definición de difeomorfismo es tal que se considera que un cubo y una esfera no son difeomorfos. Esto se debe a que G&P definen que un mapa en un punto de una variedad es suave si puede extenderse a un mapa en un conjunto abierto del espacio ambiente que sea suave en el sentido de que es un mapa desde un conjunto abierto en $\mathbb{R}^n$ a $\mathbb{R}^m$ . Nunca entendí, o vi, cómo se puede utilizar este enfoque para pensar en diferentes estructuras diferenciables sobre variedades. Puesto que sólo hay una estructura diferencial en $S^2$ La definición de difeomorfismo que menciono más arriba parece no coincidir con la definición general que se da, por ejemplo, en el volumen 1 de Spivak (si alguien pudiera explicármelo, se lo agradecería). Como estudiante me resultaba confuso y me lo sigue pareciendo).

A lo que quiero llegar en el párrafo anterior es que un tema adicional podría ser la definición general de colector diferenciable. Es bueno tener espacios proyectivos y grassmanianos al menos en una colección de ejemplos.

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bobbark Puntos 43

Creo que deberían introducirse los haces de fibras para dar un punto de vista moderno del análisis tensorial.

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Allen Hardy Puntos 103

Actualización: puede ser el nuevo libro de Spivak Física para matemáticos: Mecánica I cubre la mayor parte del material que esta respuesta tenía en mente. Acabo de pedir un ejemplar e informaré sobre él cuando llegue.


Ni el libro de Milnor ni el de Guillemin y Pollack contienen la palabra "simpléctico"... ¡lo cual es una gran pena!

Dado que las variedades estudiadas son suaves, tienen un haz cotangente; este haz está asociado a una forma única tautológica cuya derivada exterior es una forma simpléctica (canónica).

Si además la variedad base tiene una métrica, entonces también se define una función hamiltoniana canónica (cuadrática) en el haz tangente.

Hmmm... ¿cuáles podrían ser las curvas integrales de esta función hamiltoniana? Es instructivo que los alumnos descubran por sí mismos que las curvas son simplemente las geodésicas de la variedad base.

De este modo, los estudiantes adquieren una apreciación de que toda la dinámica (tanto clásica como cuántica) está íntimamente ligada a la geometría y topología de las variedades suaves... esta apreciación es una buena preparación para muchas carreras en matemáticas, ciencias e ingeniería.

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