課程資訊
課程名稱
流形導論
Introduction to Manifolds 
開課學期
102-2 
授課對象
理學院  數學系  
授課教師
蔡宜洵 
課號
MATH3304 
課程識別碼
201 25330 
班次
 
學分
全/半年
半年 
必/選修
選修 
上課時間
星期三5,6(12:20~14:10)星期五6(13:20~14:10) 
上課地點
天數305天數305 
備註
欲修習此門課程者,需先修習過幾何學課程。
總人數上限:30人 
Ceiba 課程網頁
http://ceiba.ntu.edu.tw/1022manifolds 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
核心能力與課程規劃關聯圖
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

A. 綱要

1.向量/張量分析導引: Classical divergence/Stokes theorems, generalized coordinates, calculus in G.C., vector calculus, tensor calculus, covariant differentiation, covariant way of expressing divergence/stokes theorems,
Riemann’s counting arguments and Riemann curvature tensor
2.PDE and the ideas of S. Lie for Lie group: PDE of first order, Lagrange,
Jacobi, Poisson and Pfaff’s ideas; Lie’s motivation from Galois theory,
Symmetries simplifies solving PDE, analogy with Galois theory, Lie’s
Three fundamental theorems, differential forms as a tool and language
3. Differential forms and algebraic topology: Cartan’s invention of differential
Forms for solving Pfaff’s problem, Poincare’s invariant integrals and differential
Forms, Poincare’s 3-body problem and topology, Poincare’s “Analysis situs” as a beginning of algebraic topology, difficulties in earliy development of topology
 

課程目標
這是大學部的課, 我開這門課的看法, 是給大學部同學一些除了曲線, 曲面論等大三幾何學的標準內容不同的幾何題材, 並且一方面儘量不與研究所課程重疊, 二方面可以培養修習研究所課程的動機. 因此, 我們不太採用公理化的方式, 在部份章節, 甚至採用原創者的意圖, 藉以了解我們現在的數學是如何真實的發生. 如果有同學急於學習公理化或比較形式化的處理方式, 那可以直接修研究所的課程. 
課程要求
C. 先修/背景 知識

修過大三幾何學的學生
 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
 
指定閱讀
待補 
參考書目
E 參考資料

主要是上課筆記以及內附資料; 以下是部份相關參考資料.

1. Flanders, H., Differential forms with applications to the physical sciences
2. Sokolnikoff, L.S., “Tensor analysis, theory and applications”
3. Hawkins, T., “Emergence of the theory of Lie groups”
4. E. Cartan, “Sur certaines expressions differentieles et le probleme de Pfaff” A.S.E.N.S. (1899) 239-332.
5. I.M. James, History of Topology
6. Dieudonne, J., “A history of algebraic and differential topology”
7. S. Lefschetz’s books on topology.
 
評量方式
(僅供參考)
 
No.
項目
百分比
說明
1. 
作業 
20% 
 
2. 
期中 
40% 
 
3. 
期末 
40% 
 
 
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
2/19,2/21  introduction. divergence and Stokes' theorems. concepts of coordinate-free quantities. orthogonal curvilinear coordinates. 
第2週
2/26,2/28  geometry of orthogonal curvilinear coordinates. divergence thm, Stokes thm and Laplacian in orthogonal curvilinear coordinates. geometry of (general) curvilinear coordinates. 
第3週
3/05,3/07  dual vectors of the coordinate vectors. Christoffel symbols. equivalence of 1st differential operators and tangent vectors. coordinate-free definition of divergence. 
第4週
3/12,3/14  contravariant/covariant tensors. covariant derivatives of tensors. 
第5週
3/19,3/21  covariant derivatives as tensors. Christoffel symbols are not tensors. riemann curvature tensor. ricci curvature tensor. 
第6週
3/26,3/28  riemann's ideas on curvature. sectional curvature. gradient, divergence, laplacian and curl in terms of metric. 
第7週
4/02,4/04  no class this week due to vacations 
第8週
4/09,4/11  infinitesimal transformation groups. Lie's idea. Lie algebra. 1st order quasilinear PDE. 
第9週
4/16,4/18  midterm exam. geometric interpretation of 1st order quasi-linear PDE.