大域微分幾何（中）：活動標架法（二版）-FindBook 找書網 ISBN:9789863505105

圖書名稱：大域微分幾何（中）：活動標架法（二版）

《大域微分幾何》全書共三卷。內容主要對象是彎曲的空間，上卷大體是作者多次在臺大數學研究所授課的講稿，以此為基礎，展開中、下両卷，進入大域幾何研究的專業。

這套書三卷分別是「Riemann幾何基礎」、「活動標架法」（moving frames）及「幾何變分學」，涵蓋九大篇，共三十章，並於上卷與下卷加入〈前篇〉及〈衍篇〉各三章，以作為微分幾何「基礎入門」與「延伸進階學習」之用。

中卷「活動標架法」先介紹「張量的微積分」，從「平均」的視角出發，導入均曲率、Diverence與Laplacian等相關的幾何概念，刻劃結構方程的意涵。然後藉由微分式(differential form)的運算，發展「活動標架法」，有效處理彎曲空間的大域問題。

◎本書特色
1. 全書以深入淺出的解說方式，藉由直觀，逐步引入艱深的幾何硏究。
2. 問題中心論：內容的鋪陳，經常圍繞著自然的提問。
3. 採二維計算方式呈現數學式子的推演，使學習者一目瞭然，容易掌握運算過程。
4. 適合「微分幾何學」進階研究，及天文物理、生化、土木領域之延伸應用。

作者簡介：

黃武雄
學歷：美國萊斯（Rice）大學數學博士
經歷：國立臺灣大學數學系教授、中央研究院數學所研究員
相關著作：幾何專業研究論文之外，著有通俗數學讀物《初等微分幾何講稿》、《中西數學簡史》、《小樹的冬天》。

章節試閱

中卷前言

中卷的主題是活動標架法。含三篇
篇四　張量的微積分
篇五　Riemann幾何的結構
篇六　活動標架法與大域幾何
共九章，即Ch.13-21。

微分幾何處理的對象是彎曲的空間。上卷已經建立了彎曲空間的基本概念，例如向量場的共變微分與曲率張量，並藉由彎曲空間中測地線的變分來探測彎曲空間大域的幾何性質，例如對正、負曲率空間，分別有Bonnet-Myers定理、與Hadamard定理。

本書中卷先介紹張量的微積分，我們從平均的視角出發，引入均曲率、divergence、與Laplacian，使這些概念具有幾何的直觀，而不只做抽象的定義。活動標架法(moving frames)是處理彎曲空間簡潔而有效的方法，也是中卷的主題。

活動標架法的基本概念是微分式(differential form)。在本書上卷前篇的章B中，我們已經鋪陳ℝn中的微分式，並看到它如何被運用、被拿來有效而漂亮的計算出n度球ℝ、Clifford環面、與Lorentz雙曲面ℍn的Gauss曲率（高維時稱為截曲率）。這是截曲率為常數，而且分別為正、零與負值的三種典型。

微分式是一階世界的概念，不屬於零階世界，亦即：在一個點的微分式，必須把那個點附近的無窮小範圍，放大無窮多倍，這時我們才看得到微分式。例如微分式ω在一塊面域D上的積分，如果用這樣的方式了解，便一目瞭然：原來微分式可以從積分符號中剝落出來，成為一個獨立的概念[篇四，參見Ch.15,§7]。把無窮小世界的微分式，在一塊面域D上的無窮多點「累加」，就得到ω在D上的積分值。微分式ω本身，例如：ω=dxdy是一個獨立游走的概念。這涵意是深遠的。

當然，向量場本身也是一階產物，但因它與零階世界放在一起，直觀上還一目瞭然，所以問題不大。但微分式放到高階世界來了解，相對容易養成直觀，尤其取了外微分之後。

古典的張量分析(tensor analysis)與向量場的共變微分，是處理彎曲空間的一種直接而廣泛沿用的方法，它們容易懂，但不好算。微分式則反過來，不好懂，但容易算，算起來尤其簡潔有效。而且一旦掌握，更可以用來分析彎曲空間(亦即Riemann流形)的幾何結構[篇五]：從建立結構方程開始，清楚的洞悉Riemann流形的局部性質。這件事在上卷曲面論基本定理[Ch.4, §2]中，討論高維超曲面的存在與唯一的時候，已經鋪陳了伏筆。到中卷篇五，藉由Ch.16子流形的結構方程、Ch.18活動標架法的運算基礎、與commutation formula這三樣重要題材，我們進一步把彎曲空間的局部幾何徹底釐清。從這裡借助invariance，躍入大域世界：1943年陳省身漂亮的運用moving frames，給予高維Gauss-Bonnet定理一個內在證明，開啟了大域幾何的紀元。這是篇六的第19章。

就這樣，我們走進篇六，討論活動標架法在大域幾何的重要應用。我們引入Bochner著名的的技法，證明幾個經典的大域定理，如Lishnerowicz、Bochner、Hopf-Alexandrov、Minkowski、Reilly等人的貢獻。

最後一節[Ch.21, §2]我們特別提到Obata定理，其中一個原因是Obata讓我們又細細回顧古典曲面論與測地線變分的技法，把它拿來處理某類Riemann流形M在Laplacian特徵值λ1取得最小的狀態（即敲音最低沉時）。證明此時Riemann流形M必定是最勻稱的n度球，這是球面一個深刻的特徵定理。

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作者序

《大域微分幾何》三卷書二版序（摘錄）

1、

這三卷書去年初版。出乎意料的，不到一年半已幾乎售罄。去年初版成書後不久，我便發覺有幾處校對上的疏忽。另外，下卷最後一章（即ch.30）的最後一個式子，因論證大意而有漏洞。慚愧之餘，我一直期待再版時，能有機會修正。

雖然有了這些瑕疵，但出書以來，我收到一些數學家的正面回饋，則感到欣喜。例如美國Purdue大學莫宗堅教授、史丹佛Stanford大學兼中研院劉太平教授，透過信件或電話告訴我，他們閲讀時的感想。台大蔡宜洵教授更細心的讀完終卷，寫下深刻感人的書評，發表在《中華民...

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中卷前言
《大域微分幾何》三卷書二版序

中卷　活動標架法

篇四　張量的微積分

第13章　平均的概念
第14章　子流形，均曲率與Laplacian
第15章　外微分與Divergence定理

篇五　Riemann幾何的結構

第16章　結構方程
第17章　張量的共變微分
第18章　活動標架法的運算基礎

篇六　活動標架法與大域幾何

第19章　高維流形的Gauss-Bonnet-Chern定理
第20章　Bochner's Technique
第21章　Laplacian的特徵值

附錄
全書參考文獻
全書索引

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