2024-12-19 初等几何与现代几何之比较

Section 1 初等几何

初等几何因何被称为初等?因为其中所有问题均有足够的工具,以相对系统的方式解决掉。

回顾初高中,平面三角学,为何是初等的?

首先,三角形的刚性很强,三个数(a,b,c)作为边长,即可定出其同构类,自由度相对较小。

其次,从三角形出发的一切直线型的典范构造,内外重垂旁心,Block点、Fermat点、等力点、构造虽多,但使用基本定理,其均可以完全用三角形的基本量——边长abc,角度ABC刻画。

又,由余弦定理,使得ABC的三角函数值可以完全由\mathbb{R}(a,b,c)的一些根式扩张表出,从而一切命题均回到最初的三个参数abc上去。又注意到,三元组abc定义了一个三角形iff \sym a+b>c.这是三个非代数条件,不构成生成关系,换句话说abc是“几乎自由”的三个变量。

由abc的几乎自由性,凡对一切三角形恒真的命题,均对应一个包含abc三个字符的形式恒等式。

而三角形的另一组变元ABC则不是如此,如果把某个命题归结为sinA,SinB等等恒等式,那么就要准备好面临无穷无尽的三角恒等变形,原因就是sinA,sinB,sinC,cosA,cosB,cosC...这些角度量并不是“几乎自由”,其中存在大量生成关系。


另一方面,外蕴的讲,平面几何可以用坐标函数x(p),y(p)做到完全解析化。

Section 2 现代几何

现代几何的研究对象进阶为流形,流形和三角形可以类比吗?我想需要拆解一番。

三角学的实质是研究R^2的一类子空间,而流形呢?如果采用内蕴观点,流形应当和R^2是对应的,作为全空间;而如果采用嵌入的观点,流形则确实是R^n的一类子空间。

关于流形,我们的构造太多了,同调群,上同调环,同伦群,betti数,euler数,相交形式,符号差,K群,度量、切丛余切丛,联络、曲率...从一个几何对象构造出如此多的量,它们必然不可能是完全自由的。一些指标定理和公式则是在提示这些构造之间的生成关系,这里的量不再局限于数型的,而是有群型的、上同调类型的、矩阵型的、张量型的等等;生成关系也不再局限于代数的,我们可以谈论同调类的配对,积分与微分,....

Riemann-Roch,Atiyah-Singer等等大定理,实质上是揭示了流形上不同构造的生成关系。回顾平面三角学,我们任何一个关于三角形的构造F,都可以完全写出F=F(a,b,c),a,b,c几乎自由,换句话说,我们完全研究清楚了所有三角形的同构类的模空间结构;而流形则不是,我们没有办法找到一组基元(x,y,z)..,每个数组唯一对应到一个流形的同构类,且使得每个关于流形M的构造G,都能写成G(x,y,z..)的形式;退而求其次,我们需要对于不同的典范构造,去寻求生成关系,这正是Riemann-Roch,Atiyah-Singer等等大定理的实质。

现代几何学的最终梦想,应当是找到流形的模空间,并构造泛类型演算结构,使得任何一个跟流形有关的构造,无论数型、群型、二次型型、微分形式型...均由这个泛类型的量演算出来。

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