COURS M1 "GÉOMETRIE DIFFÉRENTIELLE" 4M022

Université Pierre et Marie Curie, Master de Mathématiques fondamentales
Septembre-Décembre 2014


Cours : je 10h45-12h45 (14.15.105), ve 8h30-10h30 (13.14.108) (Alexandru Oancea)  
   
TD : lu 13h30-16h30 (T06), ma 17h-20h (T14) (Hélène Eynard-Bontemps)


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DATE DE L'EXAMEN FINAL : 17 décembre 2014



Cette page contient l'état d'avancement du cours, le polycopié du cours, les feuilles d'exercices, des corrections, et d'autres documents supplémentaires.

Sujet et corrigé de l'examen de rattrapage du 19 mai 2015.


PAGE WEB DU TD

POLYCOPIÉ DU COURS
(version finale du 7 décembre 2014) (versions antérieures : 23 septembre 2014, 7 octobre 2014, 15 octobre 2014, 28 octobre 2014, 18 novembre 2014, 4 décembre 2014).

Semaine 1, séances du 12 et 15 septembre : Sous-variétés de Rn (trois définitions équivalentes : redressement, image locale de plongement lisse, solution locale d'un système d'équations submersif).

Rappels de calcul différentiel. Théorèmes d'inversion locale et fonctions implicites.
Immersion, plongement, submersion. Théorèmes de forme normale locale pour immersions et submersions.

Les notions de valeur critique, valeur régulière, point critique. Énoncé du théorème de Sard.

Équations paramétriques et équations cartésiennes pour sous-espaces vectoriels. Dualité. Espace vectoriel quotient. La notion d'isomorphisme canonique. Objets définis par des propriétés universelles. La notion de catégorie.

La notion de variété différentielle abstraite. Cartes, atlas. La notion d'application lisse entre variétés. Immersions, submersions, points critiques. Ensemble de mesure nulle. Énoncé du théorème de Sard pour des applications lisses entre variétés.


Feuille d'exercices No. 1 distribuée le 12 septembre

Équivalences entre différentes définitions des sous-variétés  PDF


Semaine 2, séances du 18 et 19 septembre : Fonctions de troncature lisses. Principe d'extension après restriction. Toute variété compacte séparée se plonge dans un espace euclidien. Exemple de variété non-séparée.

La notion de partition de l'unité. Existence des partitions de l'unité sur les variétés séparées et à base dénombrable.

Plan projectif réel et bande de Möbius.

Espace tangent en un point à une variété. Espace tangent en un point à une sous-variété de Rn.


Feuille d'exercices No. 2 distribuée le 19 septembre

Corrigé partiel de la feuille d'exercices No. 2

Semaine 3, séances du 25 et 26 septembre : Vecteurs tangents comme classes d'équivalence de courbes, vecteurs tangents comme dérivations. L'espace des dérivations sur les germes de fonctions lisses autour de 0Rn est de dimension n. Structure de variété différentiable sur le fibré tangent. La notion de fibré vectoriel. Sections, applications de trivialisation, changements de trivialisation. Le fibré tangent du cercle est trivial. Champs de vecteurs lisses. Sections du fibré tangent et expression en coordonnées locales.

Constructions de variétés : variété produit ; variétés affines ; variétés projectives.

Autour des difféomorphismes de la boule unité

Feuille d'exercices No. 3 distribuée pendant la semaine du 29 septembre

Semaine 4, séance du 6 octobre : Le fibré tautologique sur l'espace projectif réel. Le fibré hyperplan et ses puissances tensorielles. Calcul de l'espace des sections. Les polynômes homogènes en n+1 variables sont naturellement des sections d'une puissance tensorielle du fibré hyperplan sur RPn.

Constructions de variétés : quotients par des actions propres et libres de groupes discrets. La notion de revêtement.

Semaine 5, séances du 9 et 10 octobre : Champs de vecteurs. Un champ de vecteurs est une équation différentielle. Courbe intégrale. Flot. Groupe à un paramètre de difféomorphismes. Champs de vecteurs complets. Un champ de vecteurs à support compact est complet. Le groupe des difféomorphismes agit transitivement sur une variété connexe.
Théorème de redressement.

Semaine 6, séance du 17 octobre : crochet de Lie, dérivée de Lie des champs de vecteurs, poussé-en-avant et tiré-en-arrière d'un champ de vecteurs par un difféomorphisme.

Feuille d'exercices No. 4

Sujet du devoir maison distribué le 17 octobre

Corrigé partiel de la feuille 3

Semaine 7, séances du 23 et 24 octobre : le crochet de deux champs de vecteurs est nul si et seulement si les flots commutent. Interprétation du crochet comme dérivée du commutateur des flots.

Groupes de Lie. Définition, exemples, champs invariants à gauche.
Le fibré tangent à un groupe de Lie est trivial. Les champs invariants à gauche sont complets. Groupes à 1 paramètre. Application exponentielle. L'application exponentielle est un difféomorphisme local en 0.

Algèbre de Lie d'un groupe de Lie. Le crochet sur les matrices est égal au commutateur. Expression du crochet en termes de groupes à 1 paramètre.

Semaine 8, séances 30 et 31 octobre : le crochet sur les matrices est égal au commutateur. Un groupe de Lie connexe est commutatif si et seulement si son algèbre de Lie est munie d'un crochet trivial. Exemple de groupe de Lie non-connexe et non-commutatif dont l'algèbre de Lie est munie d'un crochet trivial. Digression : correspondance entre groupes et algèbres de Lie. Enoncé de la formule de Baker-Campbell-Hausdorff et mise en contexte.

Actions de groupes de Lie sur les variétés. Exemples. Le quotient par une action propre et libre possède une structure canonique de variété (esquisse de preuve). Fibrés principaux comme analogues continus des revêtements.

Semaine 9, séances du 6 et 7 novembre : Je 9h30-10h30 : espaces homogènes. Exemples. Sphères, grassmaniennes.

Espace cotangent. 1-formes différentielles. Intégrale des 1-formes différentielles. Formule de changement de variable dans l'intégrale de Lebesgue.

Semaine 10, séances du 13 et 14 novembre : Je 9h30-10h30 : compléments d'algèbre sur les formes multi-linéaires alternées.

Définition des formes différentielles de degré k. Intégrale d'une k-forme sur une nappe k-dimensionnelle. Orientabilité. Définition de l'intégrale d'une k-forme sur une sous-variété orientée de dimension k.

Semaine 11, séances du 20 et 21 novembre : Enoncé de la formule de Stokes. Motivation.

Variétés à bord. Orientation induite sur le bord.

Produit extérieur d'applications multilinéaires alternées. Produit tensoriel et algèbre extérieure. Produit extérieur de formes différentielles.

Semaine 12, séances du 27 et 28 novembre : Différentielle extérieure. Définition de la cohomologie de De Rham. La notion de foncteur.

Preuve de la formule de Stokes. Non-existence d'un rétracte de la boule Bn sur la sphère Sn-1 (deux preuves : formes différentielles et Stokes ; cohomologie de De Rham). Théorème de Brouwer.

Compléments sur la différentielle extérieure. Dérivée de Lie. La notion de dérivation graduée. Formule de Cartan. Expression globale de la différentielle extérieure à l'aide de champs de vecteurs.


FIN DU COURS.






©2014 Alexandru Oancea. Dernière mise à jour : 19 mai 2015.