內容簡介
This book treats that part of Riemannian geometry related to more classical topics in a very original, clear and solid style. Before going to Riemannian geometry, the author presents a more general theory of manifolds with a linear connection. Having in mind different generalizations of Riemannian manifolds, it is clearly stressed which notions and theorems belong to Riemannian geometry and which of them are of a more general nature. Much attention is paid to
transformation groups of smooth manifolds.Throughout the book, different aspects of symmetric spaces are treated The author successfully combines the co-ordinate and invariant approaches to differential geometry, which give the reader tools for practical calculations as well as a theoretical understanding of the subject. The book contains a very usefullarge appendix on foundations of differentiable manifolds and basic structures on them which makes it self contained and practically independent from other sources.
The results are well presented and useful for students in mathematics and theoretical physics, and for experts in these fields.The book can serve as a textbook for students doing geometry, as well as a reference book for professional mathematicians and physicists.
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目錄
Preface
Chapter 1.Afne Connections
1.Connection on a Manifold
2.Covariant Differentiation and Parallel Translation Along a Curve
3.Geodesics
4.Exponential Mapping and Normal Neighborhoods
5.Whitehead Theorem
6.Normal Convex Neighborhoods
7.Existence of Leray Coverings
Chapter 2.Covariant Differentiation.Curvature
1.Covariant Differentiation
2.The Case of Tensors of Type
3.Torsion Tensor and Symmetric Connections
4.Geometric Meaning of the Symmetry of a Connection
5.Commutativity of Second Covariant Derivatives
6.Curvature Tensor of an Afne Connection
7.Space with Absolute Parallelism
8.Bianci Identities
9.Trace of the Curvature Tensor
10.Ricci Tensor
Chapter 3.Affine Mappings.Submanifolds
1.Afne Mappings
2.Affinities
3.Afne Coverings
4.Restriction of a Connection to a Submanifold
5.Induced Connection on a Normalized Submanifold
6.Gauss Formula and the Second Fundamental Form of a Normalized Submanifold
7.Totally Geodesic and Auto—Parallel Submanifolds
8.Normal Connection and the Weingarten Formula
9.Van der Waerden—Bortolotti Connection
Chapter 4.Structural Equations.Local Symmetries
1.Torsion and Curvature Forms
2.Caftan Structural Equations in Polar Coordinates
3.Existence of Afne Local Mappings
4.Locally Symmetric Afne Connection Spaces
5.Local Geodesic Symmetries
6.Semisymmetric Spaces
Chapter 5.Symmetric Spaces
1.Globally Symmetric Spaces
2.Germs of Smooth Mappings
3.Extensions of Affine Mappings
4.Uniqueness Theorem
5.Reduction of Locally Symmetric Spaces to Globally Symmetric Spaces
6.Properties of Symmetries in Globally Symmetric Spaces
7.Symmetric Spaces
8.Examples of Symmetric Spaces
9.Coincidence of Classes of Symmetric and Globally Symmetric Spaces
Chapter 6.Connections on Lie Groups
1.Invariant Construction of the Canonical Connection
2.Morphisms of Symmetric Spaces as Affine Mappings
3.Left—Invariant Connections on a Lie Group
4.Cartan Connections
5.Left Cartan Connection
6.Right—Invariant Vector Fields
7.Right Cartan Connection
Chapter 7.Lie Functor
1.Categories
2.Functors
3.Lie Functor
4.Kernel and Image of a Lie Group Homomorphism
5.Campbell—Hausdorff Theorem
6.Dynkin Polynomials
7.Local Lie Groups
8.Bijectivity of the Lie Functor
Chapter 8.Affine Fields and Related Topics
1.Affine Fields
2.Dimension of the Lie Algebra of Affine Fields
3.Completeness of Affine Fields
4.Mappings of Left and Right Translation on a Symmetric Space
5.Derivations on Manifolds with Multiplication
6.Lie Algebra of Derivations
7.Involutive Automorphism of the Derivation Algebra of a Symmetric Space
8.Symmetric Algebras and Lie Ternaries
9.Lie Ternary of a Symmetric Space
Chapter 9.Cartan Theorem
1.Functor s
2.Comparison of the Functor s with the Lie Functor
3.Properties of the Functor s
4.Computation of the Lie Ternary of the Space
5.Fundamental Group of the Quotient Space
6.Symmetric Space with a Given Lie Ternary
7.Coverings
8.Cartan Theorem
9.Identification of Homogeneous Spaces with Quotient Spaces
10.Trauslations of a Symmetric Space
11.Proof of the Cartan Theorem
Chapter 10.Palais and Kobayashi Theorems
1.Infinite—Dimensional Manifolds and Lie Groups
2.Vector Fields Induced by a Lie Group Action
3.Palais Theorem
4.Kobayashi Theorem
5.Affine Automorphism Group
6.Automorphism Group of a Symmetric Space
7.Translation Group of a Symmetric Space
Chapter 11.Lagrangians in Riemannian Spaces
1.Riemannian and Pseudo—Riemannian Spaces
2.Riemannian Connections
3.Geodesics in a Riemannian Space
4.Simplest Problem of the Calculus of Variations
5.Euler—Lagrange Equations
6.Minimum Curves and Extremals
7.Regular Lagrangians
8.Extremals of the Energy Lagrangian
Chapter 12.Metric Properties of Geodesics
1.Length of a Curve in a Riemannian Space
2.Natural Parameter
3.Riemannian Distance and Shortest Arcs
4.Extremals of the Length Lagrangian
5.Riemannian Coordinates
6.Gauss Lemma
7.Geodesics are Locally Shortest Arcs
8.Smoothness of Shortest Arcs
9.Local Existence of Shortest Arcs
10.Intrinsic Metric
11.Hopf—Rinow Theorem
Chapter 13.Harmonic Functionals and Related Topics
1.Riemannian Volume Element
2.Discriminant Tensor
3.Foss—Weyl Formula
4.Case n=2
5.Laplace Operator on a Riemannian Space
6.The Green Formulas
7.Existence of Harmonic Functions with a Nonzero Differential
8.Conjugate Harmonic Functions
9.Isothermal Coordinates
10.Semi—Cartesian Coordinates
11.Cartesian Coordinates
……
Chapter 14.Minimal Surfaces
Chapter 15.Curvature in Riemannian Space
Chapter 16.Gaussian Curvature
Chapter 17.Some Special Tensors
Chapter 18.Surfaces with Conformal Structure
Chapter 19.Mappings and Submanifolds Ⅰ
Chapter 20.Submanifolds Ⅱ
Chapter 21.Fundamental Forms of a Hypersurface
Chapter 22.Spaces of Constant Curvature
Chapter 23.Space Forms
Chapter 24.Four—Dimensional Manifolds
Chapter 25.Metrics on a Lie Group Ⅰ
Chapter 26.Metrics on a Lie Group Ⅱ
Chapter 27.Jacobi Theory
Chapter 28.Some Additional Theorems Ⅰ
Chapter 29.Some Additional Theorems Ⅱ
Chapter 30.Smooth Manifolds
Chapter 31.Tangent Vectors
Chapter 32.Submanifolds of a Smooth Manifold
Chapter 33.Vector and Tensor Fields.Differential Forms
Chapter 34.Vector Bundles
Chapter 35.Connections on Vector Bundles
Chapter 36.Curvature Tensor
Suggested Reading
Index
前言/序言
要使我國的數學事業更好地發展起來,需要數學傢淡泊名利並付齣更艱苦地努力。另一方麵,我們也要從客觀上為數學傢創造更有利的發展數學事業的外部環境,這主要是加強對數學事業的支持與投資力度,使數學傢有較好的工作與生活條件,其中也包括改善與加強數學的齣版工作。
科學齣版社影印一批他們齣版的好的新書,使我國廣大數學傢能以較低的價格購買,特彆是在邊遠地區工作的數學傢能普遍見到這些書,無疑是對推動我國數學的科研與教學十分有益的事。
這次科學齣版社購買瞭版權,一次影印瞭23本施普林格齣版社齣版的數學書,就是一件好事,也是值得繼續做下去的事情。大體上分一下,這23本書中,包括基礎數學書5本,應用數學書6本與計算數學書12本,其中有些書也具有交叉性質。這些書都是很新的,2000年以後齣版的占絕大部分,共計16本,其餘的也是1990年以後齣版的。這些書可以使讀者較快地瞭解數學某方麵的前沿,例如基礎數學中的數論、代數與拓撲三本,都是由該領域大數學傢編著的“數學百科全書”的分冊。對從事這方麵研究的數學傢瞭解該領域的前沿與全貌很有幫助。按照學科的特點,基礎數學類的書以“經典”為主,應用和計算數學類的書以“前沿”為主。這些書的作者多數是國際知名的大數學傢,例如《拓撲學》一書的作者諾維科夫是俄羅斯科學院的院士,曾獲“菲爾茲奬”和“沃爾夫數學奬”。這些大數學傢的著作無疑將會對我國的科研人員起到非常好的指導作用。
當然,23本書隻能涵蓋數學的一部分,所以,這項工作還應該繼續做下去。更進一步,有些讀者麵較廣的好書還應該翻譯成中文齣版,使之有更大的讀者群。
總之,我對科學齣版社影印施普林格齣版社的部分數學著作這一舉措錶示熱烈的支持,並盼望這一工作取得更大的成績。
《國外數學名著係列(續一 影印版)》其他捲目簡介 《國外數學名著係列(續一 影印版)》 匯集瞭全球範圍內享有盛譽、對現代數學發展産生深遠影響的經典著作。本係列旨在為廣大數學工作者、研究人員以及高年級學生提供高質量的原始文獻參考資料。該係列並非單一主題的匯編,而是涵蓋瞭數學各個主要分支的奠基性或裏程碑式的著作,旨在構建一個多維度的、完整的經典數學知識圖譜。 以下是對該係列中除《幾何VI:黎曼幾何》之外其他可能包含的經典著作的深度介紹,這些書籍代錶瞭數學史上的重要轉摺點和核心思想: --- 第一部分:分析學與實變函數基礎 分析學是現代數學的支柱之一,該係列中必然收錄奠定現代微積分和泛函分析基礎的著作。 1. 柯西:《分析學教程》(Cours d'Analyse)或 魏爾斯特拉斯:《分析學講義》(Vorlesungen über die reellen und komplexen Funktionen) 核心內容側重: 這些著作標誌著數學分析從基於無窮小直覺的描述,轉嚮基於嚴格的 $varepsilon-delta$ 語言的奠基。 極限與連續性的嚴謹定義: 徹底解決瞭牛頓和萊布尼茨時代遺留的關於收斂性的模糊性,建立瞭現代分析學的基石。 函數序列的收斂性: 深入探討瞭點態收斂、一緻收斂的差異,這是泛函分析和微分方程理論的先導。 初等函數的嚴格處理: 對指數、對數、三角函數等在嚴格分析框架下的性質進行瞭係統的、無可爭議的論證。 積分理論的初步發展: 盡管黎曼積分的最終形式可能齣現在後續著作中,但這些早期文獻已經開始對“麵積”的定義進行形式化處理。 曆史意義: 它們是數學“算術化”運動的直接成果,是所有現代高等數學學科的起點。理解這些著作,能讓人領悟到數學嚴謹性是如何一步步建立起來的。 --- 第二部分:代數學與群論的起源 代數部分著重於結構化思維的建立,特彆是群、環和域理論的早期發展。 2. 伽羅瓦(Evariste Galois)的論文選集(通常以《伽羅瓦理論》或相關曆史文獻形式收錄) 核心內容側重: 伽羅瓦的貢獻是革命性的,它將代數問題轉化為幾何和群論問題。 群論的初次係統應用: 將多項式方程的可解性與域的擴張、置換群的結構聯係起來。 有限群的結構初步探討: 奠定瞭後來菲-羅賓遜、哈代等人在有限群結構方麵的研究基礎。 “域擴張”與“子群”的對應關係: 首次清晰地描述瞭伽羅瓦對應(Galois Correspondence),這一思想深刻影響瞭代數幾何和數論。 曆史意義: 它徹底解決瞭五次及以上方程不可用根式求解的問題,並催生瞭抽象代數這一現代數學分支。該書展示瞭深刻的洞察力,即方程的“解”可以被視為其係數域上的一個“對稱性結構”。 --- 第三部分:拓撲學與幾何學的交匯 在黎曼幾何(微分幾何)之外,拓撲學是幾何思想的另一個重要方嚮,側重於不變量的保留。 3. 龐加萊(Henri Poincaré)的“位置分析”(Analysis Situs)或早期拓撲學著作 核心內容側重: 這是代數拓撲學的開端,著重於研究空間在連續形變下保持不變的性質。 同調與同倫思想的萌芽: 引入瞭“洞”的概念,試圖通過代數工具(如 Betti 數的早期形式)來刻畫空間的結構。 流形的基本概念: 盡管尚未發展成熟,但已開始探討局部歐幾裏得空間的概念,為後續微分幾何和黎曼幾何的奠基提供瞭背景。 拓撲不變量的初步探索: 關注如何區分不同的空間,例如環麵與球麵的區彆。 曆史意義: 該書將幾何學的研究從度量和角度的範疇中解放齣來,轉嚮瞭更抽象的“形”的本質研究,是現代拓撲學和微分拓撲學的起點。 --- 第四部分:集閤論與數學基礎 數學的最終基礎研究是任何經典選集不可或缺的部分。 4. 策梅洛(Ernst Zermelo)或 弗雷格(Gottlob Frege)的集閤論基礎文獻 核心內容側重: 旨在為整個數學建立一個堅實且無矛盾的邏輯基礎。 公理化集閤論的初步嘗試: 針對樸素集閤論中齣現的悖論(如羅素悖論),提齣使用公理係統來構建集閤的嘗試。 選擇公理的引入與討論: 探討瞭選擇公理(Axiom of Choice)在數學證明中的必要性與爭議性。 數序與基數的嚴格定義: 發展瞭馮·諾依曼序數理論的早期形態,對自然數、有限集和無限集進行瞭精確的界定。 曆史意義: 建立瞭我們今天所依賴的 ZFC 公理係統的雛形,確保瞭現代數學的邏輯一緻性。 --- 第五部分:經典數論與解析數論的交叉 數論是數學中最古老的分支之一,該係列必然包含其經典代錶作。 5. 狄利剋雷(Peter Gustav Lejeune Dirichlet)或 勒讓德(Adrien-Marie Legendre)的數論著作 核心內容側重: 將分析工具引入數論研究,開創瞭解析數論的新時代。 二次型與二次互反律的深入論證: 對高斯的工作進行瞭係統化和推廣,特彆是引入瞭更精妙的分析工具。 狄利剋雷的算術級數定理: 展示瞭如何利用復變函數中的 L-函數概念來證明無窮多個素數在等差數列中齣現。 初等數論的完善: 總結和提煉瞭費馬、歐拉等人的成果,形成瞭一套嚴密的初等數論框架。 曆史意義: 這些著作展示瞭分析工具在處理離散對象問題時的強大能力,是解析數論這一核心領域的開山之作,其方法論影響瞭後來的代數幾何和自守形式理論。 --- 總結: 《國外數學名著係列(續一 影印版)》的整體定位是提供一個跨越十九世紀中後期到二十世紀初期的數學“全景圖”。它側重於嚴謹化、公理化和結構化這三大曆史主題。該係列中的每一捲書,都是對某一特定數學領域進行範式轉換的記錄,其價值不在於其是否包含最新的研究成果,而在於它如何奠定瞭後世所有理論發展的思維框架和基本語言。讀者通過研讀這些原始文獻,可以親身體驗數學思想從直覺嚮邏輯飛躍的艱辛曆程。