Open karino2 opened 5 years ago
そもそも今回幾何学の学習を開始したのは、最適輸送問題の定番(Old and Newって奴)の教科書がリッチ曲率で定式化していたのがきっかけ。
それ自体はWGANとかその関連論文のappendixとかで出てくる証明などを理解するのに必要、程度で、知らなくても乗り切れるとは思うのだけど、 この辺の話を幾何学側からとらえる、というのはもう少し重要度が高そうだな、という気がした。
で、最適輸送問題の本では一章くらいを割いてリッチ曲率についてその後に使う性質などをいろいろ説明しているのだが、これが全く理解出来ない。 内容よりも手前の、何を言ってるのか理解出来ない。
そこで、リッチ曲率の前に、それらの話に出てくる道具くらいは理解しておこうかな、と思ったのが今回幾何学を勉強し始めたきっかけ。 具体的な話題が出てきた時に、それがどの辺の数学なのかくらいまでは理解出来るようになろう、と。
そういう全体の位置づけくらいを理解しておけば、各研究の立ち位置とか方向性をもうひとつ大きなコンテキストに置けるかな、というのを期待している。
そこまでやってみて、そんな重要じゃなさそう、と思えば、あとは必要最低限で乗り切れば良いし、これはちゃんとやる価値がありそう、と思えばもっと本格的な勉強をやっていこう、と思う。
一応若い頃に一般相対論の基礎はそれなりに真面目にやったので、微分幾何も基礎的な所だけやればその辺の知識と繋がってくれるんじゃないか、と期待している。
一章は曲線の話で、最初の方を読んだ範囲では初歩的なベクトルと微分さえ分かれば追えるような内容となってる。
比較的簡単なので、さらっと読み流していけるかな。
p8の計算をちょっと自分でもやってみる。
大して難しくは無いが、結構行間はあるね。
p11の楕円の曲率の計算で、、2.47と2.48の間が見てるだけでは追えなかったので計算してみる。
という事で2.48にはなりそう。 計算は難しくは無いが結構めんどいね。
あとまで進んだら忘れてきたので、ちょっと戻って曲率の定義を書き出しておく。
以下のカッパが曲率の定義。
まずs0を考えてみる。で、aもs0もbも同じ点。 すると感じとしては8の字みたいになるよな。
aでの接線が水平じゃないので、必ず上か下にちょっとは行く。 で、戻ってくる時も水平じゃないので、どっちかにはみ出しているのはいい。
例えばどちらも上にむいてるとしよう。 するとmax yがy(a)より大きいのはいいんだが、minが小さい理由が分からない。
この図は条件をすべて満たしていながら、aとs0の間にy(a)より下の点は無いし、法線が上か下を見てる点も二点しか無く見える。
横に倒せば法線が上下どちらかの点が4つあるが、倒さないといけない条件はどこにあるのか?
よく分からないので分からなかった、という事をここに示し先に進む。
勉強の為、具体的な計算をしてみよう。 p26 例4.1の、常螺旋の計算。 なお本とまったく同じ事をするので資料としての意味は無い。
特に問題無いが、この手のは自分で計算しないと覚えないからね。
2章は曲面の話。 第一基本形式とか第2基本形式の話が出てくるが、読みやすくてあまりメモを取る必要性が無い。
だが読んでるだけだといまいち頭に残ってない気もするなぁ。 練習問題解く方がいいのか?
とりあえず進めていって、詰まったら考えよう。
進んでいったらこの辺見直す事が増えたので、メモしておく。
曲面がパラメータu, vを使って、ベクトルpで表されているとする。
この時、第一基本形式Iを、以下のように定義する。
以下のようなIIを、第二基本形式と言う。
ここで、L、M、Nについては、以下のような性質がある。
ベクトルeとpxxとの内積になってる。 xxの所はそれぞれ、uu, uv, vv。
ちょくちょく出てくるので、定義を書いておく。
以下のようなKをガウスの曲率、Hを平均曲率と呼ぶ。
外微分の先くらいまで進んだらこの辺が出てきてメモが必要になったので戻ってメモ。p69のあたり。
まず曲面がpで与えられた時に、接ベクトルとしてe1とe2という直行単位ベクトルを取る。
で、puやpvをこのe1とe2の線形結合で表して、その係数をaなんちゃらと置く。
で、全微分をこの基底で計算してみると、以下のようになる。
このシータ1とシータ2は一次微分形式になっているのが見て分かる。
ついでにオメガの定義もメモしておく。 e1, e2, e3の全微分をe1, e2, e3の線形結合として表した時の係数をオメガと置く。
オメガもduとdvの何らかの一次結合、つまり一次微分形式。
マイナルディ-コダッチの式あたりはついていけてないが、他はだいたい追えた気がする。 途中「多様体の基礎」の定義との対応関係が気になって見直したりしたが、だいたい消化出来たかな。
個々の計算は、難しい所がある訳じゃないんだが、結構長いので全部追うのは大変。なかなかの肺活量を要求される。
第一基本形式と第二基本形式は理解したのと、外微分の計算も大分慣れたので、微分幾何っぽくなってきた気はする。
次の三章がリーマン計量とかなので、自分的にはこの三章がこの本でやりたかった本体となる。あと一歩まで来た。良く頑張った。
なお、4章のGauss-Bonnetの定理と5章の極小曲面は必要性が良く分かってない。 一応最後まで読む気で居るが、まぁ途中分からなかったら適当に飛ばそう、くらいに思ってる。
という事で次の三章がんばるぜ!
ようやくReimann計量が出てきた! この辺知ってるとなんか幾何学やった、って感じするよね。
リーマン計量の元での構造方程式周りで置いていかれたのでメモをしていく。
まずリーマン計量をシータで置く。
その次に第一構造式を満たすようにオメガを決める。これを接続形式と呼ぶらしい。
このオメガとシータから第ニ構造式のKが定義出来て、これをGaussの曲率と呼ぶ。
参照用に数式も書いておく。
まずRiemann計量をシータで置く。
次に第一構造式を満たすようにオメガを決める。
多様体の基礎を読み終わったら次は微分機だ、という事で、定番の入門書らしい本書をやる事にする。