COURS M2 "GEOMETRIE RIEMANNIENNE"

Université Pierre et Marie Curie, Master de Mathématiques fondamentales
Novembre-Décembre 2013


Cours (A. Oancea) : lu, ma 11h-13h ; TD (V. Minerbe) : je 11h-13h


Vous trouverez sur cette page l'état d'avancement du cours, les feuilles d'exercices, et quelques compléments de cours.


Semaine 1, séances du 4 et 5 novembre : métrique riemannienne, distance, longueur et énergie. Equations d'Euler-Lagrange. Equation des géodésiques en coordonnées locales. Symboles de Christoffel. Connexion de Levi-Civita. Formulation intrinséque de l'équation des géodésiques. Connexion de Levi-Civita d'une sous-variété. La notion de connexion linéaire sur un fibré vectoriel.

Feuille d'exercices No. 1 (TD du 7 novembre)

Complément de cours No. 1

Feuille d'exercices No. 2 (TD du 14 novembre)


Semaine 2, séance du 12 novembre : connexions dans les fibrés vectoriels. Distribution horizontale, transport parallèle. Le transport parallèle détermine la connexion.

Feuille d'exercices No. 3 (TD du 21 novembre)


Semaine 3, séances du 18 et 19 novembre : Géodésiques : application exponentielle, minimisation locale de la distance, existence de voisinages géodésiquement convexes, théorème de Hopf-Rinow. Rigidité des isométries locales.

Variation seconde de l'énergie. Définition et premières propriétés du tenseur de courbure de Riemann. Equation des champs de Jacobi.

Feuille d'exercices No. 4 (TD du 28 novembre)


Semaine 4, séances du 25 et 26 novembre : Courbure sectionnelle, courbure de Ricci, courbure scalaire. Enoncés des théorèmes de Myers, Cartan-Hadamard, Bochner. Asymptotique de la longueur des petits cercles et du volume des petites boules.

Courbure d'une connexion linéaire dans un fibré vectoriel. L'annulation de la courbure équivaut à l'intégrabilité de la distribution horizontale et aussi à la trivialité locale de la connexion. Connexions plates et représentations du groupe fondamental.

Variation première et seconde de la fonctionnelle de longueur. Comparaison avec la fonctionnelle d'énergie.

Champs de Jacobi. Existence et unicité. Repères parallèles le long d'une géodésique. Les champs de Jacobi sont tous réalisés par des variations géodésiques. Points conjugués. Une géodésique n'est plus minimisante au-delà du premier point conjugué.

Feuille d'exercices No. 5 (TD du 5 décembre)


Semaine 5, séances du 2, 3 et 4 décembre
: Théorèmes classiques : Cartan-Hadamard, Bonnet-Myers, classification des variétés à courbure sectionnelle constante, courbure sectionnelle et asymptotique de la longueur des petits cercles.

Volume. Densité, calculs. Courbure scalaire et asymptotique du volume des petites boules. Théorème de comparaison de Bishop. Application : théorème de Milnor (croissance polynomiale du groupe fondamental d'une variété compacte à courbure de Ricci non-négative). Enoncé du théorème de comparaison de Günther. Cut-locus.

Algèbre linéaire dans un espace vectoriel euclidien. Etoile de Hodge. Adjoint formel de la différentielle extérieure. Définition du laplacien de Hodge. Expression en coordonnées locales en degré 0.

Complément de cours No. 2 (transformation des symboles de Christoffel par changement de coordonnées; expression locale du tenseur de courbure et relevés horizontaux).

Feuille d'exercices No. 6 (TD du 12 décembre)


Semaine 6, séances du 9 et 10 décembre : Enoncé du théorème de décomposition de Hodge. Applications: existence et unicité du représentant harmonique dans une classe de cohomologie de de Rham donnée. Dualité de Poincaré pour cohomologie de de Rham sur une variété compacte. Méthode de Bochner : formule de Bochner (démontrée dans le complément de cours No. 3), théorème de Bochner (courbure de Ricci et H1).

Opérateurs différentiels elliptiques. Définition. Symbole principal. Propriétés fondamentales : extension linéaire et continue aux espaces de Sobolev, existence et ellipticité de l'adjoint formel, caractère de Fredholm, régularité elliptique, estimée elliptique. Démonstration du théorème de décomposition de Hodge. Rappels sur la transformée de Fourier. Espaces de Sobolev L2 via transformée de Fourier. Démonstration de l'estimée elliptique L2

Complément de cours No. 3 (dérivée covariante, formule de Bochner)


Examen du 17 décembre 2013 (9h-13h): sujet et corrigé

Je (A.O.) mettrai en ligne les corrections des deux dernières questions (xiv) et (xv) un peu plus tard. La question (xiv) est une façon condensée de penser tout l'exercice, et il est utile d'y refléchir un peu soi-même avant de lire une correction. La question (xv) est essentiellement indépendante du reste de l'exercice et présente une jolie propriété géométrique de la fibration de Hopf (la question se réduit facilement au cas n=1). Vous pourrez y refléchir pendant les vacances, si vous le souhaitez bien-sûr.




©2013 Alexandru Oancea. Dernière mise à jour : 18 décembre 2013.