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《數學心》第499章 高斯-博內-陳定理
  1827年,高斯證明了這一定理.

  1944年,博內將這一定理推廣到一般曲面上,由任一閉曲線C圍成的單連通區域,形成了著名的高斯-博內公式.

  1944年,陳省身給出了高斯-博內公式的內藴證明.

  歐拉數雖然神秘有趣,可還是引不起數學家們的強烈興趣,原因是它太簡單了,小學生都可以很快弄懂這些數的來源,那個時代的數學家們總是希望有個積分,微分什麽的,以顯示其高深莫測,高斯那時候正在研究曲面和曲線的幾何學,對於各種曲率玩得和吃飯喝水似的,這個時候人們還沒有意識到彎曲可以是幾何的內蘊性質,而一般考慮嵌入曲率,第一個認識到彎曲可以不需要嵌入的人是黎曼.

  某天,對於沒有邊界的二維曲面,高斯搞了一個曲率做了一個積分,他發現,他能夠計算出歐拉數!很快他把這個公式推廣到帶邊界(二維面上有洞的情形)的二維曲面,同樣得到了相應的歐拉數.

  高斯當時應該是沒有認識到這個公式的巨大作用,以至於他懶得去發表這樣的結果,他認為這種工作對他而言太簡單了,只和弟子們稍微討論了一下,然後,就轉去研究別的東西去了,可見這些宗師級的人物也有走眼的時候,幾年以後,博內得到了同樣的結果.

  令人興奮的是,我們導出黎曼曲率的途徑,還能夠讓我們一瞥高斯-博內公式的風采,真正體驗一番研究內蘊幾何的味道.

  高斯-博內公式是大范圍微分幾何學的一個經典的公式,它建立了空間的局部性質和整體性質之間的聯系,而我們從一條幾何的路徑出發,結合一些矩陣變換和數學分析的內容,逐步導出了測地線、協變導數、曲率張量,現在還可以得到經典的高斯-博內公式,可見我們在這條路上已經走得足夠遠了,雖然過程不盡善盡美,然而,並沒有脫離這個系列的核心:幾何直觀.

  在曲面上的形狀:角差變量=曲率K上的面積大小的積分。

  變化量則表示為面積分。這就是微分幾何中的高斯-博內公式的主要內容,即角差等於高斯曲率的面積分,諸如球面三角形的內角和等內容都與它有關,它是整體微分幾何的開山之作之一
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