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黎曼几何

时间:2024-11-15 04:30:26 编辑:莆仙君

黎曼几何是什么

黎曼几何是非欧几何的一种,亦称“椭圆几何”。创立人们终于认识到存在一种不同于欧氏几何的新几何,称其为非欧几何。不久之后,德国的黎曼采用另一条新公理取代第五公设,创建了另一种非欧几何。黎曼的新公理认为,“过直线外的一点,一条平行线也得不出来”。数学界很快认识到这三种几何都是正确的,它们反映不同曲率空间的性质。人们把罗巴切夫斯基和鲍耶创建的几何称为罗氏几何,把黎曼创建的几何称为黎氏几何。欧氏几何是平直空间中的几何,黎氏几何是正曲率空间中的几何,罗氏几何则是负曲率空间中的几何。1845年,黎曼在哥廷根大学发表了题为《论作为几何基础的假设》的就职演讲,标志着黎曼几何的诞生。黎曼把这三种几何统一起来,统称为黎曼几何,并用这一工作,在哥廷根大学的数学系作报告,谋求一个讲师的位置。后经E.B.Christoffel,L.Bianohi及C.G.Ricci等人进一步完善和拓广,成为A.Einstein创立广义相对论(1915年)的有力数学工具。此后黎曼几何得到了蓬勃发展,特别是E.Cartan,他建立的外微分形式和活动标架法,沟通了Lie群与黎曼几何的联系,为黎曼几何的深入发展开辟了广阔的前景,影响极为深远。近半个世纪来,黎曼几何的研究从局部发展到整体,产生了许多深刻的并在其他数学分支(如代数拓扑学,偏微分方程,多复交函数论等)及现代物理学中有重要作用的结果。内容黎曼的研究是以高斯关于曲面的内蕴微分几何为基础的,在黎曼几何中,最重要的一种对象就是所谓的常曲率空间,对于三维空间,有三种情形:曲率恒等于零;曲率为负常数;曲率为正常数.黎曼指出:前两种情形分别对应于欧几里得几何学和罗巴切夫斯基几何学,而第三种情形则是黎曼本人的创造,它对应于另一种非欧几何学。黎曼的这第三种几何就是用命题“过直线外一点所作任何直线都与该直线相交”代替第五公设作为前提,保留欧氏几何学的其他公理与公设,经过严密逻辑推理而建立起来的几何体系。这种几何否认“平行线”的存在,是另一种全新的非欧几何,这就是如今狭义意义下的黎曼几何,它是曲率为正常数的几何,也就是普通球面上的几何,又叫球面几何。该文于黎曼去世两年后的1868年发表。

什么是黎曼几何?能不能用简单易懂的语言解释?

黎曼几何是非欧几何的一种,亦称“椭圆几何”。德国数学家黎曼,对空间与几何的概念作了深入的研究,于1854年发表《论作为几何学基础的假设》一文,创立了黎曼几何。黎曼几何中的一条基本规定是:在同一平面内任何两条直线都有公共点(交点)。在黎曼几何学中不承认平行线的存在,它的另一条公设讲:直线可以无限延长,但总的长度是有限的。黎曼几何的模型是一个经过适当“改进”的球面。欧氏几何、罗氏几何、黎曼几何是三种各有区别的几何。这三种几何各自所有的命题都构成了一个严密的公理体系,各公理之间满足和谐性、完备性和独立性。因此这三种几何都是正确的。其他:内容:黎曼的研究是以高斯关于曲面的内蕴微分几何为基础的,在黎曼几何中,最重要的一种对象就是所谓的常曲率空间,对于三维空间,有以下三种情形:1、曲率恒等于零。2、曲率为负常数。3、曲率为正常数。应用:近代黎曼几何在广义相对论里得到了重要的应用。在物理学家爱因斯坦的广义相对论中的空间几何就是黎曼几何。此外,黎曼几何在数学中也是一个重要的工具。它不仅是微分几何的基础。也应用在微分方程、变分法和复变函数论等方面。以上内容参考:黎曼几何-百度百科

什么是黎曼几何。

分类: 理工学科
解析:

Riemannian geometry

黎曼流形上的几何学。德国数学家G.F.B.黎曼19世纪中期提出的几何学理论。1854年黎曼在格丁根大学发表的题为《论作为几何学基础的假设》的就职演说,通常被认为是黎曼几何学的源头。在这篇演说中,黎曼将曲面本身看成一个独立的几何实体,而不是把它仅仅看作欧几里得空间中的一个几何实体。他首先发展了空间的概念,提出了几何学研究的对象应是一种多重广义量 ,空间中的点可用n个实数(x1,……,xn)作为坐标来描述。这是现代n维微分流形的原始形式,为用抽象空间描述自然现象奠定了基础。这种空间上的几何学应基于无限邻近两点(x1,x2,……xn)与(x1+dx1,……xn+dxn)之间的距离,用微分弧长度平方所确定的正定二次型理解度量。

(gij)是由函数构成的正定对称矩阵。这便是黎曼度量。赋予黎曼度量的微分流形,就是黎曼流形。

黎曼认识到度量只是加到流形上的一种结构,并且在同一流形上可以有许多不同的度量。黎曼以前的数学家仅知道三维欧几里得空间E3中的曲面S上存在诱导度量ds2=Edu2+2Fdudv+Gdv2,即第一基本形式,而并未认识到S还可以有独立于三维欧几里得几何赋予的度量结构。黎曼意识到区分诱导度量和独立的黎曼度量的重要性,从而摆脱了经典微分几何曲面论中局限于诱导度量的束缚,创立了黎曼几何学,为近代数学和物理学的发展作出了杰出贡献。



黎曼几何中的一个基本问题是微分形式的等价性问题。该问题大约在1869年前后由E.B.克里斯托费尔和R.李普希茨等人解决。前者的解包含了以他的姓命名的两类克里斯托费尔记号和协变微分概念。在此基础上G.里奇发展了张量分析方法,这在广义相对论中起了基本数学工具的作用。他们进一步发展了黎曼几何学。

但在黎曼所处的时代,李群以及拓扑学还没有发展起来,因此黎曼几何只限于小范围的理论。大约在1925年H.霍普夫才开始对黎曼空间的微分结构与拓扑结构的关系进行了研究。随着微分流形精确概念的确立,特别是E.嘉当在20世纪20年代开创并发展了外微分形式与活动标架法,建立了李群与黎曼几何之间的联系,从而为黎曼几何的发展奠定重要基础,并开辟了广阔的园地,影响极其深远。并由此发展了线性联络及纤维丛的研究。

1915年,A.爱因斯坦运用黎曼几何和张量分析工具创立了新的引力理论——广义相对论。使黎曼几何(严格地说洛伦茨几何)及其运算方法(里奇算法)成为广义相对论研究的有效数学工具。而相对论近年的发展则受到整体微分几何的强烈影响。例如矢量丛和联络论构成规范场(杨-米尔斯场)的数学基础。

1944年陈省身给出n维黎曼流形高斯-博内公式的内蕴证明,以及他关于埃尔米特流形的示性类的研究,引进了后来通称的陈示性类,为大范围微分几何提供了不可缺少的工具并为复流形的微分几何与拓扑研究开创了先河。半个多世纪,黎曼几何的研究从局部发展到整体,产生了许多深刻的结果。黎曼几何与偏微分方程、多复变函数论、代数拓扑学等学科互相渗透,相互影响,在现代数学和理论物理学中有重大作用。


黎曼几何空间是什么?

黎曼流形上的几何学。德国数学家G.F.B.黎曼19世纪中期提出的几何学理论。1854年黎曼在格丁根大学发表的题为《论作为几何学基础的假设》的就职演说,通常被认为是黎曼几何学的源头。在这篇演说中,黎曼将曲面本身看成一个独立的几何实体,而不是把它仅仅看作欧几里得空间中的一个几何实体。他首先发展了空间的概念,提出了几何学研究的对象应是一种多重广义量 ,空间中的点可用n个实数(x1,……,xn)作为坐标来描述。这是现代n维微分流形的原始形式,为用抽象空间描述自然现象奠定了基础。这种空间上的几何学应基于无限邻近两点(x1,x2,……xn)与(x1+dx1,……xn+dxn)之间的距离,用微分弧长度平方所确定的正定二次型理解度量。亦即 (gij)是由函数构成的正定对称矩阵。这便是黎曼度量。赋予黎曼度量的微分流形,就是黎曼流形。
黎曼认识到度量只是加到流形上的一种结构,并且在同一流形上可以有许多不同的度量。黎曼以前的数学家仅知道三维欧几里得空间E3中的曲面S上存在诱导度量ds2=Edu2+2Fdudv+Gdv2,即第一基本形式,而并未认识到S还可以有独立于三维欧几里得几何赋予的度量结构。黎曼意识到区分诱导度量和独立的黎曼度量的重要性,从而摆脱了经典微分几何曲面论中局限于诱导度量的束缚,创立了黎曼几何学,为近代数学和物理学的发展作出了杰出贡献。
黎曼几何以欧几里得几何和种种非欧几何作为其特例。例如:定义曲率(截面曲率处处为常数)(a是常数),则当a=0时是普通的欧几里得几何,当a>0时 ,就是椭圆几何,而当a<0时为双曲几何。