几何学 Geometry

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练习 14 已发布于作业页面。

第十六周习题课文档已上传至资料下载页面。

预祝大家期末顺利。

我们打算用周三一次课的时间,简明扼要地讨论莫比乌斯几何。这个任务,往年都是用两次课4课时来完成。现在我略去一些主干以外的内容(例如,三维空间的反演,例如某些动画演示),同时也请大家付出一些特别的努力,才有可能在周三的两课时内作一个相对完整的讨论。计划如下:

  1. 请大家在1月6日之前,预习王长平讲义第六章第1、2两节。(双曲几何的圆盘模型和半平面模型,留待周五,那一部分不需要预习。)我在下面会给出预习的提示和重点,以及几道挑战题。
  2. 在1月6日周三课上,简短的串讲之后,我会请大家先在小组内讨论,并收集大家的难点和疑问。随后我再针对几个关键点作讲解。

详情请看预习文档:20第16周预习安排.pdf。

(补发于 2021/1/7)

各位同学,本周是教学周的最后一周,作业不用交。不用交。有疑问的话,可以在今天周三晚的习题课上讨论。

此外,期末考试时间定在2021年1月22日,上午8:30-10:30,地点是二教203。

(补发于 2021/1/7)

练习 13 已发布于作业页面。

第十五周习题课文档已上传至资料下载页面。

祝大家元旦快乐!

今晚习题课播放的视频直接转载于这个链接,但大家需要点进以下的视频链接 1(需在校园网下观看)或视频链接 2(任何网络环境均可观看)来观看或下载。

原作者 CodeParade 将视频中的所有动画展示的源码以及可执行程序文件上传到了他的 GitHub。此外也可以在此处下载可执行程序的压缩包。

对视频中的计数问题感兴趣的同学,可以看看这篇文章:A. Bashelor et al, Enumerative Algebraic Geometry of Conics.

作业 12 已发布于作业页面,请于 2020 年 12 月 30 日习题课上交。

第十四周习题课文档已上传至资料下载页面。

由志愿者(富润一、詹可尧两位同学)记录的几何笔记会在微信群和北大网盘链接(访问密码:keC2)中持续更新。

从我课上的证明,并不能清楚地看出与“结合律”的必然关系。而Hilbert 的考察思路,其实是更具体的“直尺构图”来把射影平面“算术化”,也就是用作图来构造两个数量的+和×,而这个构造的交换律(或者说域公理)就依赖于一些 coindidence theorem 如笛沙格定理、帕普斯定理。

关于Desargues定理、Pappus定理与直尺构图-射影几何算术化-域公理的超纲讨论,见 Stillwell 的 Four Pillars of Geometry 一书。

作业 11 已发布于作业页面,请于 2020 年 12 月 23 日习题课上交。

第十三周习题课文档已上传至资料下载页面。

周五12.18预习提示:

请大家在周五课前,先预习尤承业老师书154-158页 254-258页,

  1. 笛沙格定理的射影坐标证法。
  2. 对偶原理的解释。

作业 10 已发布于作业页面,请于 2020 年 12 月 16 日习题课上交。

第十二周习题课文档已上传至资料下载页面。

本周的作业,下周三习题课正常交噢

本周的作业,下周三习题课正常交噢

本周的作业,下周三习题课正常交噢

作业 9 已发布于作业页面,请于 2020 年 12 月 9 日习题课上交。

第十一周习题课文档已上传至资料下载页面。

祝大家期中顺利!

作业 8 已发布于作业页面,请于 2020 年 12 月 2 日习题课上交。

第十周习题课文档已上传至资料下载页面。

作业 7 已发布于作业页面,请于 2020 年 11 月 25 日习题课上交。

第九周习题课文档已上传至资料下载页面。

由于进度原因,以及我的进一步考虑和优化,接下来5次课的主题安排,相对于原来发的进度表,有一点微调,大体如下:

第15次课,11.18周三,会讲矩阵群及其子群,以及二阶、三阶正交矩阵的特征、分类。
当晚习题课(第8次),会讲如何求特征值、特征向量,并由此研究平面仿射变换、空间等距变换。

第16次课,11.20周五,讲解析几何的核心问题和思想方法,其中一个重点是空间平面和直线的描述、彼此关系。由于时间原因,后面这个主题未必会详细讲,建议自己看书为主。有时间可以对照一下尤承业老师课本的这一部分讲法。

第17次课,11.25周三,讲坐标变换和二次曲线的分类。对应到矩阵的“正交相似”关系。
当晚习题课(第9次),会讲二次曲面的平面截线类型,以及所谓“仿射齐性曲线”。

第18次课,11.27周五,讲二次曲线的“仿射”分类,对应于矩阵的“相合”关系。进一步讲二次曲面的分类思路。(最后这个主题,仍然不会详细讲,只讨论最关键情形以及核心思想方法。)

第19次课,12.2周三,讲仿射变换的初步分类(对应于矩阵的“相似”关系)和几何直观。会粗略讲讲圆锥截线的故事、几何直观和结论。
当晚习题课(第10次),讲二次曲线的的仿射性质和欧氏(等距)性质。

从第20次课(12.4周五)开始,我们将进入“射影几何”这一章的学习。而12月5日周六是我们预定的期中考试日期,不要忘记。

各位同学,今天和接下来这周的自主学习内容,要求如下:

  1. 读完本章第3节“仿射变换和等距变换的坐标表示”29-35页。
  2. 读尤承业书附录289-293页有关矩阵运算的性质。结合作业,初步熟悉矩阵乘法。
  3. 读完王长平讲义第三章“空间解析几何”第1节“平面与直线”1-10页。
  4. 给定了空间坐标和矩阵,是不是对空间图形(曲面、平面、曲线、直线)以及变换的研究,就会变得特别简单、机械、平凡呢?如果你有这个感觉/期望,那么不妨考虑如下问题:
    给定了一个平面仿射变换的坐标表示,你容易判断它是什么类型的变换吗?它有没有不动点?有没有不变直线?从这种描述出发,是否容易得到分类定理?你不妨随手写一个变换对应的2×2矩阵,看看你能从中读出什么信息。

作业 6 已发布于作业页面,请于 2020 年 11 月 18 日习题课上交。

第八周习题课文档已上传至资料下载页面。

各位同学,明天及周五,我们将学习仿射变换诱导的线性变换,及其具体的矩阵表示。从这里开始,我们将由几何变换群,联系到矩阵群。这一周需要大家自主学习的内容是:

  1. 通读王长平讲义本章第2节“仿射变换”。
  2. Q1。仿射变换基本定理说:平面上不共线的三个点及其像点,就完全决定了一个平面仿射变换(存在且唯一)。你如何理解这个定理的含义?
  3. Q2。一个圆的仿射映射像一定是椭圆(包括圆为其特例)。换言之,全体椭圆(包括圆)构成了一个仿射等价类。你如何用尽量简单而初等的方法看到这个事实?
  4. Q3。自行验证,两个仿射变换作复合得到的变换,其系数矩阵等于这两个变换各自系数矩阵的乘积。

这些不要求在明天课前完成,但希望在周五课前能大体阅读和思考过。

(补发于2020/11/13)

作业 5 已发布于作业页面,请于 2020 年 11 月 11 日习题课上交。

第七周习题课文档,还有《证明与反驳》的电子书,已上传至资料下载页面。

各位同学,下周三之前,本周末,请大家做以下的预习工作:

  1. 第一个基本问题(Q1):如何把平面等距变换的有关理论结果(定理),推广的空间情形?不看书和讲义,你有思路吗?
    如果没有,或是不清晰,请再回顾和复习平面情形的思路。
  2. 在思考过以上问题,有初步线索后,阅读王长平讲义第二章第1.2节“空间等距变换”,看看其中是怎么推导、获得完整结果的。
  3. 一个趣味问题(Q2):为什么我们照镜子的时候,只会反转“左右”,却不会反转“上下”呢?
  4. 完成上面的预习后,请继续初步阅读第二章第2节有关“仿射变换”的定义,并思考两个问题:
    (Q3)如何去寻找和分类全体“仿射变换”?
    (Q4)一个仿射变换作用在正方形和圆上,所得图形会是什么样子?

(补发于2020/11/3)

作业 4 已发布于作业页面,请于 2020 年 11 月 4 日习题课上交。

第六周习题课文档已上传至资料下载页面。

各位同学,请在周五上课之前,预习王长平老师“几何学讲义”的以下部分: 第1.3节,图形的对称群

预习中,有以下小小的提示和学习任务:

  1. 尝试画出正十二面体的视图。
  2. 如果两个群,前者是后者的子集,且按照同样的乘法法则运算,而前者的变换是同一个乘法,则称前者是后者的子群。
    试从正十二面体的对称群里找出一个可交换的子群和一个不可交换的子群.
  3. 试着直接求出正十二面体群的元素个数

以上的正十二面体群,指的是其对称群,也就是有多少个空间等距变换,保持它不变。

平时成绩查询页面已建设完成,请在网页导航栏中查看。

根据马老师制定的教学计划,本学期共计十一次作业。再次提醒平时成绩是取最好的十次作业成绩

2020几何学主题-进度表.pdf

各位同学,上面是这学期几何学课的完整进度表,包括了前8次课(和所有习题课)的概要,供大家自学和整理方便使用。当然还可能看情况有微调。请注意期中考试时间放得较迟,在12月初,而且要占用一个周六上午的时间。

各位同学,本周将进入王长平讲义中第二章的学习,主题会是平面和空间等距变换。请预习讲义第二章1-10页。

作业 3 已发布于作业页面,请于 2020 年 10 月 28 日习题课上交。

第五周习题课文档已上传至资料下载页面。

选做题,没说规则的话,就是自己想做就做,不做也可以。

不过,选做题做得较多、较好的同学,助教会有记录。期末我会根据这个(以及其它表现,尤其是习题课积极贡献程度),给一些奖励。

各位同学:在周三的课前,请大家自学以下内容。
王长平几何学讲义第1章第2节,第17-23页,包括:
第2.2节“向量的外积”,
第2.3节“向量的体积”(在尤承业书中称为“混合积”,会是我们的正式名称)。

也请大家留意作业中提到的阅读材料,项武义《古典几何学》第三章第一节“空间结构的代数化——向量及其运算”(56-61页)。此书电子版见资料下载一栏。这本书的论述很有启发性,可以让你知其然并知其所以然。

项武义还写过另外一本书,题目好像是《基础几何学》,写法与上面的《古典几何学》不同。在这本《基础几何学》中,他更偏重代数,或者说,为几何量(几何关系)寻找精简、方便的代数形式。

于是他花了很大力气,进行推导,证明了内积的“几何定义”可以推出其“双线性”性质。王长平老师讲义和尤承业老师书中,也都专门论证了这件事。

进一步,对于外积,由它的“几何定义”,如何推出它也有“双线性”呢?读书时,这里需要下一点功夫,仔细推敲,看看证明的逻辑是否严密。

勃格莱洛夫公理体系的文档以及希尔伯特《几何基础》一书已上传至资料下载页面。

作业 2 已发布于作业页面,请于 2020 年 10 月 21 日习题课上交。

第四周习题课文档已上传至资料下载页面(文档里写的是第三周,但实际上本周是第四个教学周)。

各位同学,本周我们将进入向量代数的学习,主要参考王长平老师《几何学》讲义第一章,请看PDF文档上的1-17页,是本周预定的阅读和学习范围。

外积、混合积以及球面几何上的应用,是下周内容。

大家在自学这一部分(向量及其加法、数乘运算,内积)时,请带着以下问题思考:

  1. 这部分知识,在高中也学过了,似乎并不难。那么,现在讲义中的讲法,有什么不同?给你什么感受?
  2. 在高等代数课上,可能你也已经听到老师讲“向量空间”,或者自己翻书学习了一部分。如果是这种情况,那么那里的讲法与王长平讲义相比,又有什么不同?
  3. 在球面上任选两点,首尾相连也能决定一个“向量”,而且按向量加法的“三角形法则”,似乎也能定义“加法运算”。那么,球面可以构成一个向量空间吗?如果是,它是几维空间?如果不是,它的维数怎么定义?

作业 1 已发布于作业页面,请于 2020 年 10 月 14 日习题课上交。

第二周习题课文档已上传至资料下载页面。

请大家留意我周末发布的自学提示。同时,提醒:明天我们将讨论《几何原本》中的第五公设的地位,也就是有关平行公理和“三角形内角和等于180度”这些性质的真理性和关联。

因此,请大家明天上课前,花一点时间,做以下这件事:

把几何原本第一卷的命题21-47大致浏览一遍,想想中间的逻辑链。我上面的文档中,只列出了比较相关、不繁琐的一部分,可以只看这些,寻求中间的线索。

一个特别的问题是:第五公设与它的逆命题等价吗? 这是上次课遗留的一个好问题。

第一周习题课文档已上传至资料下载页面。

第3次课(9月30日)前的学习任务:

一,读书自学:

  1. 请看王宗儒书《三角形内角和等于180度吗》PDF文档第二章,补充周五第2次课上讲的“《几何原本》的不足”,尤其是“凡三角形都是等腰三角形”的伪证。
  2. 请看项武义书《古典几何学》的第二章第二节页码29-41页,关于可公度假设、欧都克斯逼近法等等内容。
  3. 请泛读项武义书《古典几何学》第一章“实验几何学”,了解几何体系和公理的起源。

二,笔记分享:

如果你读书有什么心得,欢迎用如下形式分享:

从以下三个角度之一说说,或三者兼有,不拘长短,但请简明扼要,引用请注明出处,并留下自己名字,发在课程微信群中。

王老师的讲义,一直没有来得及编辑完善,这里的第一章图片,曾经有一些同学帮助画了图,后面各章因为我的懈怠,一直没有补充完成图片。这就是现状。——一点好处:根据课上讲授或自己想象来补图,其实理解更深。

几何学2020秋-信息.pdf

各位,以上是我进一步更新后的课程信息,更正了以前的笔误,精简了一些文字,明确了北大教学网上可以回看课堂录像(一般是大课的当晚会由系统生成+上传),第二天可见。

因疫情不能到校的同学,可借助课堂录像补上学习;

因课冲突不能来习题课的同学,可以加郝天泽助教为好友,进入一个单独的小群,提供支持。

几何学2020秋-信息(new)

以上是本学期的课程信息,请下载备查。

不能正常参加习题课的同学,例如冲突选课,或是本人不在学校的,请私下联系郝天泽助教,微信上添加郝天泽助教为好友,并且详细说明一下自己的情况,方便我们安排,谢谢!

欧几里得几何原本-初始命题

各位同学,这是今天晚上习题课讨论的下半场材料,几何原本的开头部分。你们可以在习题课之前有空时,自己研究一下,看看从几条公设出发,如何证明命题1-20?

提醒:如果你觉得,严格证明命题20,需要更多的公理或依据,请补充说明你认为合理的思路。

各位同学请注意:上课教室从本周五25日第二次课起,改到理教206(二楼同一位置)。后天早上不要走错教室哈!

请大家结合成 4 人小组,便于习题课讨论。小组成员需在同一个习题课教室里。

详细的课程信息现已发布。

欢迎选修马翔老师的几何学课程。