Eine Vorlesung über Differentialgeometrie

Das vorliegende Buch ist aus einer 1-semestrigen Vorlesung iiber DifTerentialgeometrie entstanden, die ich wiederholt in Gottingen, Mainz und Bonn gehalten habe. Mit dieser Vorlesung verfolgte ich das Ziel, den Studenten mittlerer Semester, die die Anfangervorlesungen gemeistert haben, eine Einfiihrung in die klassische Differentialgeometrie der Kurven und FIachen anzubieten und damit eine Alternative zu offerieren zu anderen Vorlesungen fiir mittlere Semester, wie etwa Funktionen theorie, Hohere Algebra oder Algebraische Topologie. Fiir den groBten Teil der Vorlesung wird nichts weiter als eine griindliche Kenntnis der Vorlesung iiber Analysis sowie die Kennt nis der reellen linearen Algebra und der euklidischen Geometrie vorausgesetzt. Nur in spiiteren Kapiteln, wo ich auch globale Fragen behandle, ist eine gewisse Vertrautheit mit der Topologie kompakter Fliichen von Nutzen; dabei wird aber nichts benutzt, was sich nicht in dem klassischen Topologie-Lehrbuch von Seifert und Threlfall findet. Fiir eine Obersicht iiber den Inhalt der Vorlesung verweise ich auf das Verzeichnis. Natiirlich muBte ich eine Auswahl treffen aus der Fiille des Materials, das fiir eine solche Vorlesung zur Verfiigung steht. Fiir mich ergab es sich ganz von seIber, daB da bei solche Gegenstiinde bevorzugt wurden, die der 2-dimensionalen riemannschen Geometrie zuzurechnen sind. Dennoch denke ich, daB meine Vorlesung eine brauchbare Grundlage fiir das Verstiindnis aller Teilgebiete der Differentialgeometrie liefert.

Inhalt

0. Differentialrechnung im euklidischen Raum.- 0.1 Der euklidische Raum.- 0.2 Die Topologie des euklidischen Raumes ?n.- 0.3 Differentiation in ?n.- 0.4 Tangentialräume.- 0.5 Lokal injektive und lokal surjektive Abbildungen.- 1. Kurven - Allgemeine Theorie.- 1.1 Grundlegende Definitionen.- 1.2 Das begleitende n-Bein.- 1.3 Die Ableitungsgleichungen von Frenet.- 1.4 Ebene Kurven.- 1.5 Raumkurven.- 1.6 Aufgaben.- 2. Ebene Kurven im Großen.- 2.1 Die Umlaufzahl.- 2.2 Der Umlaufsatz.- 2.3 Konvexe Kurven.- 2.4 Aufgaben und Lehrsätze.- 3. Lokale Flächentheorie.- 3.1 Grundlegende Definitionen.- 3.2 Die erste Fundamentalform.- 3.3 Die zweite Fundamentalform.- 3.4 Kurven auf Flächen.- 3.5 Die Krümmungen einer Fläche.- 3.6 Lokale Normalform und spezielle Parameter.- 3.7 Einige spezielle Flächen.- 3.8 Die Ableitungsgleichungen.- 3.9 Aufgaben und Lehrsätze.- 4. Innere Flächentheorie: Lokale Theorie.- 4.1 Kovariante Ableitung.- 4.2 Parallelverschiebung.- 4.3 Geodätische.- 4.4 Flächen konstanter Krümmung.- 4.5 Aufgaben und Lehrsätze.- 5. 2-dimensionale riemannsche Geometrie.- 5.1 Die lokale riemannsche Geometrie.- 5.2 Das Tangentialbündel und die Exponentialabbildung.- 5.3 Geodätische Polarkoordinaten.- 5.4 Jacobifelder.- 5.5 Mannigfaltigkeiten.- 5.6 Differentialformen.- 5.7 Aufgaben und Lehrsätze.- 6. Flächentheorie im Großen.- 6.1 Flächen im euklidischen Raum.- 6.2 Eiflächen.- 6.3 Der Integralsatz von Gauß-Bonnet.- 6.4 Metrik und Vollständigkeit.- 6.5 Konjugierte Punkte und Krümmung.- 6.6 Einfluß der Krümmung auf die Geometrie der Fläche.- 6.7 Geschlossene Geodätische und Fundamentalgruppe.- 6.8 Aufgaben und Lehrsätze.- Literaturhinweise.- Namen- und Sachverzeichnis.