曲面几何学

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出版者:世界图书出版公司
作者:John Stillwell
出品人:
页数:216
译者:
出版时间:2010-1
价格:28.00元
装帧:
isbn号码:9787510005312
丛书系列:Universitext
图书标签:
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具体描述

《曲面几何学》揭示了几何和拓扑之间的相互关系,为广大读者介绍了现代几何的基本概况。书的开始介绍了三种简单的面,欧几里得面、球面和双曲平面。运用等距同构群的有效机理,并且将这些原理延伸到常曲率的所有可以用合适的同构方法获得的曲面。紧接着主要是从拓扑和群论的观点出发,讲述一些欧几里得曲面和球面的分类,较为详细地讨论了一些有双曲曲面。由于常曲率曲面理论和现代数学有很大的联系,该书是一本理想的学习几何的入门教程,用最简单易行的方法介绍了曲率、群作用和覆盖面。这些理论融合了许多经典的概念,如,复分析、微分几何、拓扑、组合群论和比较热门的分形几何和弦理论。《曲面几何学》内容自成体系,在预备知识部分包括一些线性代数、微积分、基本群论和基本拓扑。

卷首语:空间形态的深度探索 《流形上的拓扑与分析》 在对空间结构进行深入理解的道路上,我们常常需要跨越纯粹的欧几里得几何的藩篱,进入一个由更为丰富和复杂的拓扑性质所支配的领域。本书《流形上的拓扑与分析》并非一本关于传统曲面或微分几何的入门指南,它聚焦于更高维度的抽象结构——流形,以及在这些非线性空间上构建的分析工具。 本书旨在为读者提供一个坚实的理论基础,使其能够掌握如何描述、分类和研究那些局部看起来像欧几里得空间,但整体结构可能包含扭曲、边界或非连通性的空间。我们将这种研究框架建立在现代拓扑学、微分几何和泛函分析的交汇点上。 第一部分:拓扑基础与流形的构造 本部分致力于奠定研究非线性空间所需的全部拓扑学工具。我们不满足于点集拓扑的初级概念,而是着重于对同伦群 (Homotopy Groups) 和 同调群 (Homology Groups) 的深入剖析。理解这些代数不变量是区分不同流形的关键。 拓扑空间与连续映射的细致考察: 详细讨论紧致性、连通性的推广形式,并引入纤维丛 (Fiber Bundles) 的概念,作为构造复杂流形的基本构件。我们将展示如何利用向量丛来编码空间上的局部结构信息。 微分流形的引入: 重点讨论坐标图集 (Atlas)、结构相容性以及切空间 (Tangent Space) 的严谨定义。切空间的概念是连接拓扑结构与微分分析的桥梁。我们将区分光滑流形、半黎曼流形,并探讨可定向性 (Orientability) 的内在几何含义。 重要的拓扑不变量: 专门章节用于探讨欧拉示性数 (Euler Characteristic) 的拓扑定义及其与特征类的关系。我们将证明著名的庞加莱对偶定理在低维流形上的应用,为后续的分析工具提供背景支撑。 第二部分:微分几何的分析工具 一旦流形被建立起来,我们便需要工具来在这些曲面上进行“计算”——即定义导数、积分和度量。本部分将重点介绍黎曼几何的核心框架,但视角将更侧重于其作为分析工具的潜力。 张量分析与微分形式: 细致地讲解协变、逆变张量,以及它们在流形上的外微分 (Exterior Differentiation) 运算。微分 $k$-形式 (Differential $k$-forms) 被视为广义函数,是积分和微积分在流形上推广的自然语言。我们将推导和应用德拉姆上同调 (de Rham Cohomology),证明其与拓扑同调的深刻联系。 黎曼度量与联络: 黎曼度量不仅定义了长度和角度,更重要的是它定义了共变导数 (Covariant Derivative)。我们将详细推导列维-奇维塔联络 (Levi-Civita Connection) 的唯一性,并解释测地线 (Geodesics) 如何成为“直线”在弯曲空间中的推广。 曲率的几何解释: 深入探讨黎曼曲率张量 (Riemann Curvature Tensor) 的代数结构,并分析里奇曲率 (Ricci Curvature) 和斯卡拉曲率 (Scalar Curvature) 在物理学和几何分析中的意义。这些量描述了局部空间相对于平直空间的偏离程度。 第三部分:流形上的分析——算子与方程 本书的高潮在于将分析工具应用于几何对象上,研究那些在流形结构下保持不变或特定性质的微分方程。这部分是连接几何直觉与严格数学证明的核心。 拉普拉斯-德拉姆算子 (Laplace-de Rham Operator): 将标准拉普拉斯算子推广到更高维流形上的关键工具。我们将分析其谱性质——特征值和特征函数(调和形式 (Harmonic Forms))的离散化。霍奇定理 (Hodge Theorem) 在此处作为核心结论出现,它将流形的拓扑结构(通过同调群)与分析结构(通过调和形式的空间维度)精确地联系起来。 椭圆型方程的几何背景: 考察在线性流形上定义的诸如极小曲面方程的推广形式。我们将讨论基本解 (Fundamental Solutions) 的构造,以及如何在黎曼流形上应用最大值原理 (Maximum Principle) 来证明解的唯一性和光滑性。 热传导与演化方程: 介绍热核 (Heat Kernel) 在黎曼流形上的构造,以及它在计算特定几何量(如谱维数)中的应用。我们将分析一般黎曼流形上的演化方程,探讨解的存在性、唯一性和长期行为,这些行为通常受到流形整体拓扑性质的深刻影响。 结语:通往前沿的展望 《流形上的拓扑与分析》为读者提供了从基础拓扑到复杂分析的完整工具箱。它展示了如何利用代数拓扑的方法来“看见”空间的内在结构,又如何利用微分分析的精确性来量化这些结构。本书的结构侧重于概念的清晰构建和定理的严格论证,其内容是深入研究规范场理论、广义相对论以及低维拓扑学(如3维流形上的几何结构)所必需的数学基石。它不是简单地描述表面,而是赋予读者在任意维度上进行严格几何推理的能力。

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读后感

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用户评价

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这本关于“曲面几何学”的书,实在是太让人惊艳了!我之前对这个领域只有一些模糊的认识,总觉得它要么是深奥难懂的纯数学理论,要么是枯燥乏味的工程应用。但这本书完全颠覆了我的看法。作者的叙述方式极其生动,仿佛在带领我们进行一次奇妙的几何探索之旅。比如,书中对高斯曲率的介绍,不仅仅是给出了复杂的公式,而是通过生动的例子,比如马鞍面和球面,将抽象的概念具象化。我特别喜欢它对微分几何基本工具的讲解,那些张量、联络的引入,没有丝毫的生硬感,而是自然而然地融入到对曲面性质的分析之中。阅读过程中,我常常会停下来,拿起纸笔,跟着作者的思路重新推导一遍,那种豁然开朗的感觉,简直无与伦比。它不仅是知识的传授,更是一种思维方式的培养,让我开始习惯用更宏观、更内在的视角去看待空间中的形状和结构。这本书的配图质量也极高,清晰的三维模型图解,大大降低了理解复杂曲面形态的难度。对于想要真正深入理解曲面本质的读者来说,这本书无疑是一扇通往更高维度理解的大门。

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这本书的深度和广度,完全超出了我对一本“入门”级几何学著作的预期。我之前看过几本类似的教材,通常在讲到主曲率或魏因加滕曲面时就戛然而止,或者过于依赖线性代数的视角。但《曲面几何学》则大胆地引入了更现代的框架。比如,它对“曲率”的讨论,不仅仅停留在主曲率的范畴,还深入探讨了法曲率、平均曲率的几何意义,以及它们在曲面上的分布规律。书中关于曲率估计方程的推导,虽然推导过程严密复杂,但作者巧妙地运用了坐标变换的几何不变量性来简化理解,避免了在繁琐的代数运算中迷失方向。尤其让我眼前一亮的是,书中对黎曼几何的一些初步概念进行了铺垫,比如在曲面上定义的“内在几何”,这为我后续学习更抽象的理论打下了坚实的基础。这本书要求读者有较高的数学成熟度,但对于那些准备挑战更高难度研究课题的人来说,它提供的思维深度是无可替代的。

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老实说,我刚拿到这本《曲面几何学》时,心里是带着一丝忐忑的,毕竟数学专著的阅读体验往往是“硬啃”。然而,这本书的结构设计却非常人性化,它似乎早就预料到了初学者可能在哪几个关键节点会卡住。它的逻辑推进是渐进式的,从最基础的参数化曲面定义开始,逐步引入第一、第二基本形式,然后自然过渡到测地线和曲面的等距变换。最让我欣赏的是,作者非常注重几何直觉的培养,而不是一味地堆砌公式。书中有很多历史背景的穿插,介绍了一些经典数学家是如何解决特定问题的,这使得冰冷的数学定理有了鲜活的生命力。比如,关于最小曲面的讨论,不仅涉及欧拉-拉格朗日方程的应用,还深入探讨了肥皂膜的物理形态,这种跨学科的连接,极大地拓宽了我的视野。尽管内容深入,但语言的严谨性丝毫不打折扣,确保了在培养直觉的同时,数学基础的扎实度也得到了保障。对于已经有一定微积分基础,渴望系统学习现代微分几何的理工科学生而言,这绝对是一本值得反复研读的教材。

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作为一名对艺术和设计领域也颇有涉猎的读者,我发现这本书的价值远超纯数学本身。它对我理解建筑、雕塑乃至工业设计中的“形”与“结构”关系,提供了全新的语言。书中对李群在曲面上的作用的探讨,虽然篇幅不长,但其洞察力非凡,让我意识到许多看似随意的设计,背后其实隐藏着严格的几何对称性。我特别关注了书中关于曲面分类的部分,例如哪些曲面可以展开,哪些是不可展曲面,以及这些性质如何影响材料的选择和制造工艺。作者在描述这些概念时,采用的表达方式非常具有画面感,比如将测地线描述为曲面上的“最短路径”,这使得抽象的数学路径在我的脑海中立刻具象化为一条船在水面上的航线。这本书有效地架起了理论与实践之间的桥梁,它不仅教你如何计算曲面的属性,更重要的是,它让你“看见”曲面背后的数学美感和物理必然性。

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我必须得说,这本书的排版和装帧质量,也为我的阅读体验增色不少。在处理涉及到大量希腊字母、上下标和矩阵符号的几何学著作时,清晰的排版至关重要。这本书在这方面做得非常出色,符号的区分明确,公式的对齐工整,这极大地减少了阅读时的认知负荷,让我可以将全部精力集中在理解概念本身,而不是去辨认那些容易混淆的符号。此外,书中的习题设计也极具匠心。它们并非简单的计算练习,而是设计成引导性的问题,往往能引导读者自己去探索或证明一个未在正文中详细阐述的定理。完成一些较难的习题后,那种自己“发现”了一个新知识点的成就感,是单纯听课或阅读其它书籍难以比拟的。这本书的作者显然非常理解读者的学习曲线,他们提供的资源和引导,使得攻克“曲面几何学”这一看似高不可攀的学科,成为了一段既充满挑战又极富成就感的旅程。

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常曲率曲面,镶嵌。每章后的discussion挺好 教材

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国庆十天看完写完,美国的教材比法国的厚道多了

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本书阅读基础是李群,核心内容是通过多边形的顶点和边的镶嵌阐述了组合群论与紧曲面拓扑的关系。等距群由反射生成群得到基本域。killing-hopf定理是黎曼曲面单值定理的基础。

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国庆十天看完写完,美国的教材比法国的厚道多了

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