微分流形pdf

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書名：重溫微積分

作者：齊民友

豆瓣評分：9.1

出版社：高等教育出版社

出版年份：2004-01-01

頁數：549

內容簡介：

《重溫微積分》根據作者多年來為各種不同程度的大學生和研究生講課及討論班上報告的內容整理而成。第一章對極限理論的發展作了歷史的回顧。以下六章分別討論函數、微分學、積分學、傅里葉分析、實分析與點集拓撲學基礎以及微分流形理論。每一章都強調有關理論的基本問題、基本理論和基本方法的歷史的背景，其與物理科學的內在聯系，其現代的發展與陳述方式特別是它與其他數學分支的關系。同時對一些數學和物理學中重要的而學生常常不了解的問題作了闡述。因此，它涉及了除微積分以外的許多數學分支：主要有實和復分析、微分方程、泛函分析、變分法和拓撲學的某些部分。同樣對經典物理學-牛頓力學和電磁學作了較深入的討論。其目的則是引導學生去重新審視和整理自己已學過的數學知識，並為學習新的數學知識——例如數學物理做准備。

《重溫微積分》適合於已學過微積分的基本知識的大學生和研究生進一步自學更現代的數學之用，也可以作為討論班的材料。《重溫微積分》還適合需要較多數學的各專業的人員以及高等學校教師參考之用。

❷ 什麼是微分流形

微分流形
光滑流形（英語：smooth manifold），或稱 C∞-微分流形（differential manifold）、C∞-可微流形（differentiable manifold），是指一個被賦予了光滑結構的拓撲流形。一般的，如果不特指，微分流形或可微流形指的就是 C∞ 類的微分流形。可微流形在物理學中非常重要。特殊種類的可微流形構成了經典力學、廣義相對論和楊-米爾斯理論等物理理論的基礎。可以為可微流形開發微積分。可微流形上的微積分研究被稱為微分幾何。

歷史
微分幾何（differential geometry）作為一個獨特的學科的出現一般歸功於高斯（Carl Friedrich Gauss）和黎曼（ Bernhard Riemann）。黎曼在哥廷根的著名的康復講座中描述了多個面向。他通過在一個新的方向上改變給定對象的直觀過程激發了多方面的想法，並且預先描述了協調系統和圖表在隨後形式發展中的作用：

在一個概念下的事例如果構成n維流形，一個流形的特色可以簡單表示其屬性，則化簡的結果必然是有限個數字，…… -波恩哈德·黎曼的就職演說《論作為幾何學基礎的假設》

物理學家馬克士威（James Clerk Maxwell）和數學家庫爾巴斯托羅（Gregorio Ricci-Curbastro）和齊維塔（Tullio Levi-Civita）的成果導入了張量分析和廣義協變性的概念，它將內在幾何屬性識別為關於協調變換的不變數。這些想法在1912年愛因斯坦發展廣義相對論理論時取得關鍵性的應用。外爾（Hermann Weyl）於1912年給出了微分流形的一個內在的定義。1930年代，該課題基礎性方面的工作被哈斯勒·惠特尼（Hassler Whitney）等人釐清，使得從19世紀下半葉起開始發展起來的相關的直覺知識變得更精確，並通過微分幾何和李群使微分流形的理論得到進一步的發展。

C -可微流形的定義
設是自然數，-維拓撲空間被稱為是-維可微流形，如果，

為豪斯多夫空間

被-維坐標鄰域所覆蓋，換句話說，存在中的-維坐標鄰域族，使得

滿足的任意，其坐標轉換



為一個到的映射。

注意：每個座標鄰域都是流形中的開集合。

當第三個條件中的座標變換改成是光滑映射（代表可無限次微分）時，滿足這三條件的稱為光滑流形，寫作流形；當座標變換不是可微映射，僅是連續映射時，滿足這三條件的稱為拓撲流形，寫作流形。

圖冊
拓撲空間X上的圖冊稱為卡（chart）的{(Uα, φα)}的集合，其中Uα是覆蓋 X的開放集合，並且對於每個索引α



是Uα在n維真實空間的開放子集上的同胚。圖冊的轉移映射（transitionmap）功能是



以圖冊來定義流形的概念是由夏爾·埃雷斯曼於1943年所提出。每個拓撲流形都有一個圖冊。Ck-atlas是一個圖冊，其轉換圖是Ck。拓撲流形具有C0-atlas，並且通常Ck-流形具有Ck-atlas。連續圖冊（continuous atlas）是C0圖冊，平滑圖冊是C∞圖冊，分析圖冊（analytic atlas）是Cω圖冊。

❸ 流形的范疇

最容易定義的流形是拓撲流形，它局部看起來象一些「普通」的歐氏空間Rn。形式化的講，一個拓撲流形是一個局部同胚於一個歐氏空間的拓撲空間。這表示每個點有一個領域，它有一個同胚(連續雙射其逆也連續)將它映射到Rn。這些同胚是流形的坐標圖。
通常附加的技術性假設被加在該拓撲空間上，以排除病態的情形。可以根據需要要求空間是豪斯朵夫的並且第二可數。這表示下面所述的有兩個原點的直線不是拓撲流形，因為它不是豪斯朵夫的。
流形在某一點的維度就是該點映射到的歐氏空間圖的維度(定義中的數字n)。連通流形中的所有點有相同的維度。有些作者要求拓撲流形的所有的圖映射到同一歐氏空間。這種情況下，拓撲空間有一個拓撲不變數，也就是它的維度。其他作者允許拓撲流形的不交並有不同的維度。 主條目：微分流形
如果流形上的局部坐標圖之間的坐標變換是光滑的，就可以在該流形上討論方向，切空間，和可微函數。特別是，可以在微分流形上應用「微積分」。這時我們說流形上被賦予了一個微分結構。帶有微分結構的流形叫做微分流形。 如果流形上的任意兩個局部坐標之間的坐標變換是「分段線性函數」，那麼我們稱這個流形上被賦予了一個分段線性結構。被賦予分段線性結構的拓撲流形稱為分段線性流形。
如果流形上有微分結構，那麼微分結構自然的誘導了一個分段線性結構。所以微分流形一定是分段線性流形。
存在分段線性結構是比存在單純剖分略強的條件；分段線性流形的范疇是介於拓撲流形范疇和微分流形范疇之間的一個范疇。

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《微分幾何學及其在物理學中的應用》（陸啟鏗）電子書網盤下載免費在線閱讀

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書名：微分幾何學及其在物理學中的應用

作者：陸啟鏗

出版社：科學出版社

出版年份：1982-03

頁數：311

內容簡介：

本書介紹高維微分幾何學的基本知識，特別著重於與現代理論物理學有關的以及與大范圍微分幾何學有關的內容。全書共分七章：1、張量分析；2、四維空間；3、旋量分析；4、N-P方程；5、微分流形；6、黎曼幾何；7、測地線的指數和比較定理。

本書可供高等學校數學系、物理系高年級學生、研究生及數學與物理工作者參考。

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書名：微分幾何講義

作者：陳省身

豆瓣評分：8.8

出版社：北京大學出版社

出版年份：1999-07

頁數：321

內容簡介：

內 容 簡 介

本書系統地論述了微分幾何的基本知識。全書共七章並兩個附錄。作者以較大的

篇幅，即前三章和第六章介紹了流形、多重線性函數、向量場、外微分、李群和活動標架

法等基本知識和工具。在具備了上述寬廣而堅實的基礎上，論述微分幾何的核心問題，

即連絡、黎曼幾何以及曲面論等。第七章復流形，既是當前十分活躍的研究領域，也是

第一作者研究成果卓著的領域之一，包含有作者獨到的見解和簡捷的方法。最後兩個

附錄，介紹了極小曲面與規范場理論，為這兩活躍的前沿領域提出了不少進一步研究

課題。

此書適用於高等院校數學專業和理論物理專業的高年級學生、研究生閱讀，並且

可供數學工作者和物理工作者參考。

目 錄

第一章 微分流形

1微分流形的定義

2切空間

3子流形

4Frobenius定理

第二章 多重線性函數

1張量積

2張量

3外代數

第三章 外微分

1張量叢

2外微分

3外微分式的積分

4Stokes公式

第四章 連絡

1矢量叢上的連絡

2仿射連絡

3標架叢上的連絡

第五章 黎曼流形

1黎曼幾何的基本定理

2測地法坐標

3截面曲率

4Gauss－Bonnet定理

5完全性

第六章 李群和活動標架法

1李群

2李氏變換群

3活動標架法

4曲面論

第七章 復流形

1復流形

2矢量空間上的復結構

3近復流形

4復矢量叢上的連絡

5Hermite流形和kah1er流形

附錄一 歐氏空間中的曲線和曲面

1.切線回轉定理

2.四頂點定理

3.平面曲線的等周不等式

4.空間曲線的全曲率

5.空間曲線的變形

6.Gauss－Bonnet公式

7.Cohn－Vossen和Minkowski的唯一性定理

8.關於極小曲面的Bernstein定理

附錄二 微分幾何與理論物理

參考文獻

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書名：微分幾何初步

作者：陳維桓

豆瓣評分：7.2

出版社：北京大學出版社

出版年份：1990-10

頁數：272

內容簡介：

《微分幾何初步》是北京大學數學系微分幾何課程的教材。主要講述三維歐氏空間中曲線和曲面的局部理論，內容包括：預備知識，曲線論，曲面的第一基本形式，曲面的第二基本形式，曲面論基本定理，測地曲率和測地線，活動標架和外微分法。另有附錄敘述了《微分幾何初步》所用的微分方程的定理，並介紹了張量的概念。《微分幾何初步》力圖向近代微分幾何的語言和方法靠近，因此在講述時盡量結合現代流形的概念，並且自始至終使用附屬在曲線、曲面上的標架場，對外微分形式有相當詳細的介紹。《微分幾何初步》敘述深入淺出，條理清楚，論證嚴密，突出幾何想法，便於讀者理解與掌握。

《微分幾何初步》可作為綜合大學及高等師范院校的微分幾何課程教材，也可作為高等教育自學考試的教學參考書。

作者簡介：

陳維桓，北京大學數學科學學院教授，博士生導師。1964年畢業於北京大學數學力學系，後師從吳光磊先生讀研究生。長期從事微分幾何方向的研究工作和教學工作，開設的課程有「微分幾何」、「微分流形」、「黎曼幾何引論」和「纖維叢的微分幾何」等。已出版的著作有：《微分幾何講義》(與陳省身合著)，《黎曼幾何選講》(與伍鴻熙合著)，《微分幾何初步》，《微分流形初步》，《極小曲面》，以及《黎曼幾何引論》(上、下)(與李興校合編著)等。