DATOS IDENTIFICATIVOS 2023_24
Asignatura (*) GEOMETRIA DIFERENCIAL I APLICACIONS Código 17274119
Titulación
Grau en Enginyeria Matemàtica i Física (2021)
Ciclo 1r
Descriptores Cr.totales Tipo Curso Periodo Horarios y datos del examen
6 Obligatòria Tercer 2Q
Modalidad y lengua de impartición
Departamento Enginyeria Informàtica i Matemàtiques
Coordinador/a
HERRERA GÓMEZ, BLAS
Correo-e blas.herrera@urv.cat
Profesores/as
HERRERA GÓMEZ, BLAS
Web
Descripción general e información relevante

La Geometria diferencial consisteix, familiarment parlant, en les propietats geomètriques dels objectes, les quals difereixen d'un punt a un altre; i de totes aquelles altres propietats, que no difereixen punt a punt, però que sí que depenen d'aquestes primeres. Aquest curs no és més que una petita introducció a un dels conceptes bàsics de la Geometria diferencial: la curvatura.


Competències
Tipo A Código Competencias Específicas
 CE1 Integrar els fonaments de les àrees més importants de la matemàtica, la física i l'enginyeria.
 CE2 Establir connexions entre conceptes, eines i problemes relacionats de les matemàtiques, la física i l'enginyeria.
 CE3 Utilitzar raonaments deductius i inductius per demostrar teoremes matemàtics i desenvolupar models físics de manera rigorosa.
 CE4 Interpretar les bases i estar en condicions d'aprofundir en alguns temes avançats de matemàtiques i de física d'interès pràctic industrial i per a l'enginyeria.
 CE9 Resoldre problemes d'anàlisi, equacions diferencials i mètodes numèrics, i la seva aplicació a problemes d'enginyeria.
Tipo B Código Competencias Transversales
 CT1 Utilitzar informació en llengua estrangera d'una manera eficaç.
 CT3 Resoldre problemes de forma crítica, creativa i innovadora en el seu àmbit d'estudi.
Tipo C Código Competencias Nucleares

Resultats d'aprenentage
Tipo A Código Resultados de aprendizaje
 CE1 Coneix la descripció bàsica de les corbes i la parametrització i fórmules de Frenet
Comprèn la descripció local de superfícies, formes fonamentals i equacions de Gauss-Weingarten
Coneix el teorema de Gauss i els conceptes de transport paral·lel i derivada covariant
Entén els conceptes de varietat diferenciable i el de camp de tensors sobre una varietat
Coneix els camps de tensors simples i el tensor de curvatura
Coneix algunes de les aplicacions més importants de la geometria diferencial a problemes de la física i l'enginyeria
 CE2 Entén els conceptes de varietat diferenciable i el de camp de tensors sobre una varietat
Coneix els camps de tensors simples i el tensor de curvatura
 CE3 Coneix algunes de les aplicacions més importants de la geometria diferencial a problemes de la física i l'enginyeria
 CE4 Coneix algunes de les aplicacions més importants de la geometria diferencial a problemes de la física i l'enginyeria
 CE9 Coneix les propietats globals de les corbes planes. Teorema de les rotacions
Coneix el concepte de superfície orientada i la definició geomètrica d'àrea
Tipo B Código Resultados de aprendizaje
 CT1 Utilitza informació en llengua estrangera d'una manera clara i eficaç
 CT3 Identifica la situació plantejada com un problema en l'àmbit de la disciplina i té la motivació per afrontar
Segueix un mètode sistemàtic per dividir el problema en parts, identifica les causes i aplica els coneixements propis de la disciplina
Dissenya una solució nova utilitzant els recursos necessaris per afrontar el problema
Inclou els aspectes concrets de la solució proposada en un model realista
Reflexiona sobre el model proposat i és capaç de trobar limitacions i proposar millores
Tipo C Código Resultados de aprendizaje

Continguts
tema Subtema
Introducció. Des del triedre de Frenet-Serret al camp (1,0)-tensorial divergència del camp (2,0)-tensorial d'Einstein.
Àlgebra tensorial. Producte tensorial d'espais vectorials. (r,s)-Tensors r-covariants i s-contravariants. Contracció tensorial. p-Tensors alternats. Producte exterior. Orientació. Interpretació geomètrica dels tensor alternats.
Geometria diferencial de R^n amb la mètrica estàndard. Connexió lineal (connexió de Koszul) de R^n amb la mètrica estàndard. Producte de Lie de camps vectorials. Connexió lineal de Levi-Civita de R^n amb la mètrica estàndard. Interpretació geomètrica de la derivació de Lie. p-Formes diferencials, diferencial exterior, diferencial interior. Imatge inversa d'una p-forma diferencial per una aplicació.
Varietats diferenciables. Espais localment euclidians. Varietats topològiques. Recobriments localment finits, espais paracompactes. Cartes C^k relacionades, atles equivalents, estructures C^k diferenciables, varietats diferenciables. Funcions diferenciables entre varietats, difeomorfismes. Particions de la unitat. Vector tangent i espai tangent. Diferencial d'una aplicació entre varietats. Camps vectorials i derivació de Lie de camps. Camps (r,s)-tensorials r-covariants i s-contravariants sobre varietats. p-Formes diferencials. Diferencial exterior de p-formes. Imatge inversa d'una p-forma diferencial per una aplicació entre varietats.
Geometria Riemanniana. Camp (2,0)-tensorial mètric i varietats (semi-) riemannianes. Casos particulars d'una subvarietat parametritzada de R^n amb la mètrica estàndard, i d'una superfície parametritzada, amb la seva mètrica induïda, de R³ amb la mètrica estàndard. Longitud de corba d'una varietat. Connexions lineals (connexions de Koszul) de varietats, símbols de Christoffel. Primera aproximació a la propagació de la connexió lineal a les capes de p-formes diferencials i (r,s)-camps tensorials. Derivació covariant de camps al llarg de corbes segons la connexió lineal. Connexió de Levi-Civita. Transport paral·lel al llarg d'una corba. Geodèsiques. Camp (2,0)-tensorial de torsió, i la seva expressió en cartes locals. Camp (3,1)-tensorial de curvatura de Riemann, la seva expressió en cartes locals, i les seves interpretacions geomètriques.
Curvatura. Primera identitat de Bianchi. Camp (4,0)-tensorial de curvatura de Riemann sobre varietats riemannianes qualssevol, i propietats. Definició especial de curvatura k_p, usant el (4,0)-camp tensorial de curvatura de Riemann, en el cas particular de superfície parametritzada, amb la seva mètrica induïda, de R³ amb la mètrica estàndard. Segona forma fonamental, curvatures normals, endomorfisme de Weingarten i curvatura K de Gauss de superfícies, amb la seva mètrica induïda, de R³ amb la mètrica estàndard. Coincidència, K=k_p, de la curvatura de Gauss amb la curvatura de Riemann. Teorema egregium de Gauss i equació de Gauss per a la curvatura K. Definició de curvatura k_p de Gauss per a una 2-varietat riemanniana qualsevol mitjançant el camp (4,0)-tensorial de curvatura de Riemann. Aplicació exponencial geodèsica. Extensió de la curvatura k_p de Gauss amb l'exponencial geodèsica a curvatures seccionals d'una varietat riemanniana qualsevol. Obtenció de les curvatures seccionals amb el camp (4,0)-tensorial de curvatura de Riemann. Reconstrucció del camp (4,0)-tensorial de curvatura de Riemann mitjançant les curvatures seccionals. Camp (2,0)-tensorial de curvatura de Ricci com a contracció del camp (3,1)-tensorial de curvatura de Riemann, expressió en cartes locals. Camp de curvatura escalar com a contracció del camp (1,1)-tensorial de curvatura de Ricci i expressió en cartes locals. Interpretació geomètrica de la curvatura escalar amb el camp (4,0)-tensorial de curvatura de Riemann, i la seva interpretació des del punt vista de la diferència amb la geometria d'Euclides. Propagació de la connexió lineal a totes les capes tensorials; camp (r+1,s)-tensorial diferencial covariant d'un altre camp (r,s)-tensorial. Propietats, i expressió en cartes locals, de la propagació a totes les capes tensorials de la derivació covariant. Camp (r,s-1)-tensorial divergència d'un altre camp (r,s)-tensorial. Camp (r-1,0)-tensorial divergència d'un altre camp (r,0)-tensorial. Camp (4,1)-tensorial diferencial covariant del camp (3,1)-tensorial de curvatura de Riemann; i segona identitat de Bianchi. Camp (1,0)-tensorial divergència del producte del camp de curvatura escalar pel camp (2,0)-tensorial mètric; diferencial de camp de curvatura escalar. Camp (3,0)-tensorial diferencial covariant del camp (2,0)-tensorial mètric. Camp (1,0)-tensorial divergència del camp (2,0)-tensorial de curvatura de Ricci; camp (1,0)-tensorial divergència del camp (2,0)-tensorial d'Einstein. Teorema-definició del camp (3,1)-tensorial de curvatura de Riemann en relació al fet de que si el tipus de geometria sobre la varietat verifica localment els postulats de la Geometria d'Euclides o no els verifica.
Tres temes per a la Matrícula d'honor. 1.- Teorema de Stokes-Cartan.
2.- Teorema de Gauss-Stokes-Cartan.
3.- Teorema de Gauss-Bonnet.

Planificació
Metodologías  ::  Pruebas
  Competencias (*) Horas en clase
Horas fuera de clase
(**) Horas totales
Activitats Introductòries
CE1
CE2
CE3
CE4
CE9
1 0 1
Sessió Magistral
CE1
CE2
CE3
CE4
CE9
36 60 96
Resolució de problemes, exercicis a l'aula ordinària
CE1
CE2
CE3
CE4
CE9
12 31 43
Atenció personalitzada
1 0 1
 
Proves de desenvolupament
CE1
CE2
CE3
CE4
CE9
8 0 8
Proves orals
CE1
CE2
CE3
CE4
CE9
1 0 1
 
(*) En el caso de docencia no presencial, serán las horas de trabajo con soporte virtual del profesor.
(**) Los datos que aparecen en la tabla de planificación son de carácter orientativo, considerando la heterogeneidad de los alumnos

Metodologies
Metodologías
  descripción
Activitats Introductòries Explicacions generals introductories que el professor farà del contingut del curs.
Sessió Magistral Explicacions que el professor farà del contingut de curs.
Resolució de problemes, exercicis a l'aula ordinària Exposicions que podran fer els alumnes, de manera voluntària i presencial, d'aquells problemes i exercicis que hagin resolt de la llista proposada pel professor.
Atenció personalitzada Consultes que els alumnes podran fer, de manera personal i individual, al professor en el seu despatx.

Atenció personalitzada
descripción

Consultes que els alumnes podran fer, de manera personal i individual, al professor en el seu despatx. Serà en l'horari de consultes del professor; i la manera de fixar el moment de les consultes serà amb la petició de les mateixes directament al professor en l’horari de classes o a través del seu correu electrònic.


Avaluació
Metodologías Competencias descripción Peso        
Proves de desenvolupament
CE1
CE2
CE3
CE4
CE9
Dos exàmens parcials, amb part de Teoria sense apunts de classe, i part de Problemes amb formulari. Cada examen parcial tindrà el 50% i el 50% de pes en la nota global, respectivament. Sense aparells electrònics. Presencial. 100%
Proves orals
CE1
CE2
CE3
CE4
CE9
Aquells que, havent obtingut en la nota de la primera convocatòria del curs un excel·lent, desitgin optar per la Matrícula d'honor: hauran de presentar un dossier escrit, referent a un dels tres temes proposats per a la Matrícula d'honor, i a més hauran de defensar-ho en prova oral sobre pissarra. Sense aparells electrònics. Presencial.
Otros  
 
Otros comentarios y segunda convocatoria

La segona convocatòria consta d'un examen, amb part de Teoria sense apunts de classe, i part de Problemes amb formulari. Tindrà el 100% de pes en la nota global. Sense aparells electrònics. Presencial.


Fonts d'informació

Bàsica Michael Spivak, A comprehensive introduction to Differential Geometry (5 volume set)., Publish or Perish, Inc., Third edition, 1999.

Complementària Mikio Nakahara, Geometry, Topology and Physics., Taylor & Francis group, LLC., Second edition, 2003.

Recomanacions


Asignaturas que se recomienda haber cursado previamente
ÀLGEBRA LINEAL/17274001
ANÀLISI MATEMÀTICA I/17274002
ANÀLISI MATEMÀTICA II/17274005
EQUACIONS DIFERENCIALS I/17274006
GEOMETRIA/17274008
 
Otros comentarios
.
(*)La Guía docente es el documento donde se visualiza la propuesta académica de la URV. Este documento es público y no es modificable, excepto en casos excepcionales revisados por el órgano competente o debidamente revisado de acuerdo la normativa vigente.