Foundations of topology; differentiable manifolds, tangent bundles, vector and tensor fields; maps of manifolds,
diffeomorphism, induced mapping, Lie derivative; exterior calculus; covariant derivative, parallel transfer and
geodesic curves, torsion and curvature, space of connections; (pseudo-)Riemann manifolds, metric derivatives,
Levi-Civita derivative, Killing vectors; integrability and Frobenius theorem; integration on manifolds, integrable
densities, integral theorems.
Last update: Houfek Karel, doc. RNDr., Ph.D. (14.05.2021)
Základy topologie; diferencovatelné variety, jejich tečné prostory, vektorová a tenzorová pole; zobrazení variet,
difeomorfismy, indukovaná zobrazení, Lieova derivace; vnější kalkulus; kovariantní derivace, paralelní přenos,
geodetické křivky, torze a křivost, prostor konexí; (pseudo-)Riemannovy variety, metrické derivace, Levi-Civitova
derivace, Killingovy vektory; integrabilita a Frobeniova věta; integrování na varietách, hustoty, integrální věty.
Přednáška je určena pro zájemce v závěru bakalářského či začátku magisterského studia.
Last update: Houfek Karel, doc. RNDr., Ph.D. (14.05.2021)
Aim of the course -
The goal of this lecture is to acquaint the students with differential geometry and its applications in physics.
Last update: Krtouš Pavel, prof. RNDr., Ph.D. (01.09.2014)
Cílem předmětu je seznámit posluchače s metodami diferenciální geometrie a jejich aplikacemi ve fyzice.
Last update: Krtouš Pavel, prof. RNDr., Ph.D. (01.09.2014)
Course completion requirements -
The credit is awarded for a correct solution of a problem given to the students during the term. If the solution of the problem is not satisfactory, it is returned to the student for revisions. The correct solution has to be submitted to the examiner before the beginning of the spring term. The condition for the credit cannot be fulfilled by other means.
The examination has written and oral parts. The written part contains one problem similar to those solved during the term at seminars. The oral part contains two questions on topics covered by the lectures.
Evaluation is based both on the written and oral parts.
A repeated exam contains both the written and oral parts again.
Last update: Krtouš Pavel, prof. RNDr., Ph.D. (21.04.2023)
Zápočet se uděluje za vypracovaný zápočtový problém zadaný během semestru. Pokud odevzdané řešení není vyhovující, je vráceno studentovi k dopracování. Správné řešení musí být odevzdáno do konce zkouškového období zimního semestru. Vyřešení zápočtového problému nelze nahradit jiným způsobem.
Zkouška se skládá z písemné a ústní části. Písemná část se skládá z jednoho příkladu rozsahu odpovídajícímu příkladům řešených na cvičení. Ústní část zahrnuje dvě otázky na témata z aktuálního sylabu v rozsahu probíraném na přednášce.
Hodnocení vychází z celkového výkonu studenta jak v písemné, tak ústní části.
Při nesložení zkoušky další termín obsahuje opět jak písemnou, tak ústní část.
Last update: Krtouš Pavel, prof. RNDr., Ph.D. (21.04.2023)
Literature -
C. W. Misner, K. S. Thorne, J. A. Wheeler: Gravitation, Freedman, 1973.
S. W. Hawking, G. F. R. Ellis: The Large Scale Structure of Space-Time, Cambridge Univ. Press, 1973.
R. Wald: General Relativity, Univ. of Chicago Press, 1984.
R. Penrose, W. Rindler: Spinors and space-time, Cambridge Univ. Press, 1999.
M. Fecko: Differential Geometry and Lie Groups for Physicists, Cambridge Univ. Press, 2011.
T. Frankel: The Geometry of Physics - An Introduction, Cambridge Univ. Press, 1999.
Ch. J. Isham: Modern Differential Geometry For Physicists, World Scientific, 1989.
C. von Westenholz: Differential Forms in Mathematical Physics, North-Holland, 1978.
S. Kobayashi, K. Nomizu: Foundations of Differential Geometry I, Interscience Publishers, 1963.
M. Spivak: A Comprehensive Introduction to Differential Geometry, Publish or Perish Press, 1970-1979.
J. M. Lee: Manifolds and Differential Geometry, Graduate Studies in Mathematics Vol. 107, AMS, 2009.
Last update: Krtouš Pavel, prof. RNDr., Ph.D. (23.09.2021)
O. Kowalski: Základy Riemannovy geometrie, skripta, 2. vydání, vydavatelství Karolinum, 2001.
P. Krtouš: Geometrické metody ve fyzice, studijní text, WWW, 2006-2014.
C. W. Misner, K. S. Thorne a J. A. Wheeler: Gravitation, Freedman, 1973.
S. W. Hawking a G. F. R. Ellis: The Large Scale Structure of Space-Time, Cambridge Univ. Press, 1973.
R. Wald: General Relativity, Univ. of Chicago Press, 1984.
R. Penrose a W. Rindler: Spinors and space-time, vol. Cambridge Univ. Press, 1999.
M. Fecko: Diferenciálna geometria a Lieove grupy pre fyzikov, IRIS, 2004.
T. Frankel: The Geometry of Physics - An Introduction, Cambridge Univ. Press, 1999.
Ch. J. Isham: Modern Differential Geometry For Physicists, World Scientific, 1989.
C. von Westenholz: Differential Forms in Mathematical Physics, North-Holland, 1978.
S. Kobayashi a K. Nomizu: Foundations of Differential Geometry I, Interscience Publishers, 1963.
M. Spivak: A Comprehensive Introduction to Differential Geometry, Publish or Perish Press, 1970-1979.
J. M. Lee: Manifolds and Differential Geometry, Graduate Studies in Mathematics Vol. 107, AMS, 2009.
Last update: Krtouš Pavel, prof. RNDr., Ph.D. (23.09.2021)
Teaching methods -
The teaching method is a lecture and a seminar.
Last update: Krtouš Pavel, prof. RNDr., Ph.D. (01.09.2014)
Metodou výuky je přednáška a cvičení.
Last update: Krtouš Pavel, prof. RNDr., Ph.D. (01.09.2014)
Requirements to the exam -
The examination has written and oral parts. The written part contains one problem similar to those solved during the term at seminars. The oral part contains two questions on topics covered by the lectures.
Last update: Krtouš Pavel, prof. RNDr., Ph.D. (21.04.2023)
Zkouška se skládá z písemné a ústní části. Písemná část se skládá z jednoho příkladu rozsahu odpovídajícímu příkladům řešených na cvičení. Ústní část zahrnuje dvě otázky na témata z aktuálního sylabu v rozsahu probíraném na přednášce.
Last update: Krtouš Pavel, prof. RNDr., Ph.D. (21.04.2023)
Syllabus -
Tensors
vector space and its dual, tensor product, multi-linear tensor maps, transformation of components, tensor notation
Manifolds
basic notion of topology, differential structure, tangent spaces, vector and tensor fields, Lie brackets
Mappings of manifolds and Lie derivative
mappings of manifolds, induced map, diffeomorphism, flow, Lie derivative
Exterior calculus
wedge product, exterior derivative, exact and closed forms
Riemann and pseudo-Riemann geometry
metric, signature, length of curves and distance, Hodge dual, Levi-Civita tensor, coderivative
Covariant derivative
parallel transport, covariant derivative, covariant differential, geodesics, normal coordinates; torsion, Riemann curvature tensor, commutator of covariant derivatives for scalars and general tensors, Bianchi identities, Ricci tensor
Space of covariant derivatives
pseudo-derivative, difference of two connections and differential tensor, coordinate derivative, n-ade derivative, Ricci (spin) coefficients, metric derivatives, contorsion tensor
Levi-Civita covariant derivative
uniqueness, Christoffel symbols, Cartan structure equations, irreducibile splitting of Riemann tensor, Weyl tensor, scalar curvature, Einstein tensor
Relations between Lie, exterior and covariant derivatives
Lie and exterior derivative in terms of covariant derivative; Killing vectors and symmetries
Submanifolds and distributions
immersion and embedding, adjusted coordinates, tangent and normal spaces; distributions, integrability conditions, Frobenius theorem
Integration on manifolds
integrable densities, relation to anti-symmetric forms, integration of forms and densities; tensor of orientation, density dual, metric density; divergence of tensor densities, covariant derivative of densities, derivative annihilating density
Integral theorems
generalized Stokes' theorem for forms, normal and tangent restriction of tensor densities, Stokes and Gauss theorems