Wstęp do geometrii różniczkowej

Proponowany podręcznik powstał po przeprowadzeniu cyklu 30-godzinnych wykładów ze wstępu z geometrii różniczkowej, które prowadziliśmy dla studentów II roku matematyki na Uniwersytecie Jagiellońskim. Podręcznik ten jest rozbudowany w stosunku do tego wykładu. Na jego realizację potrzeba naszym zdaniem, poświęcić 45-60 godzin wykładu. Ogólny pomysł podręcznika jest zgodny z duchem wykładu. Trudno zdecydować, jakie treści powinny się znaleźć w krótkim wykładzie pod tytułem "Wstęp do geometrii różniczkowej". Zwłaszcza, że dla wielu studentów wykład ten jest jedynym kontaktem z geometrią różniczkową w czasie całych studiów. Geometria różniczkowa jest ogromną dziedziną i każdy wybór wstępnych wiadomości byłby niewystarczający. Wystarczy zauważyć, że pięciotomowe dzieło M. Spivaka A. Comprehensive Introduction to Differential Geometry, [24], również nie zawiera wstępu do wszystkich działów geometrii różniczkowej. Na ogół, w ramach wstępu do geometrii różniczkowej wykłada się klasyczną teorię krzywych i powierzchni w R3. Jest to zgodne z kolejnością hostoryczną i ponadto dotyczy obiektów, które można zobaczyć "gołym okiem". Z drugiej jednak strony uważamy, że współczesny absolwent uważamy, że współczesny absolwent studiów matematycznych, powinien znać przynajmniej elementy analizy i geometrii na abstrakcyjnych (nie zanurzonych) rozmaitościach i wiedzieć, co to jest rozmaitość riemannowska czy koneksja. Jest to już również materiał, jak najbardziej "klasyczny", a jego znajomość jest przydatna, niekiedy zaś nieodzowna, w studiowaniu wielu innych działów matematyki, a także fizyki. Absolwent matematyki powinien być przygotowany do studiowania prac zawierających elementy wpółczesnej geometrii różniczkowej. Mając na uwadze te fakty, postanowiliśmy rozdzielić teorię krzywych od teorii powierzchni rozdziałami dotyczącymi rozmaitości i struktur metrycznych i afinicznych (zadanych koneksjami liniowymi) na rozmaitościach . Przy takiej konstrukcji wykładu, teoria powierzchni może być prezentowana z zastosowaniem wiadomości o rozmaitościach abstrakcyjnych i z użyciem tak zwanego zapisu niezmiennego, to znaczy niezależnego od układów współrzędnych. Na przykład, zamiast mówić o powierzchni jako o tworze pokrytym płatami prostymi, można mówić o 2-wymiarowych podrozmaitościach w sensie immersji. Mając już pojęcie krzywizny sekcyjnej.