I Parte - Elementi di topologia
Spazi topologici. Aperti e chiusi,
intorni, basi di aperti e di intorni, confronto tra
topologie. Operatori topologici (interno, chiusura e
frontiera), sottoinsiemi densi, chiusi regolari.
Sottospazi topologici, unioni topologiche, prodotti
topologici, quozienti topologici. Applicazioni
continue, applicazioni aperte, omeomorfismi e
omeomorfismi locali, immersioni e immersioni locali.
Gruppi topologici, azioni topologiche e spazi di
orbite.
Proprietà topologiche. Proprietà globali e
locali, invarianza per omeomorfismi e omeomorfismi
locali. Assiomi di separazione, metrizzabilità,
lemma di Urysohn e teorema di Tietze per spazi
metrizzabili. Assiomi di numerabilità, separabilità,
teorema di Lindelöf, partizioni dell'unità.
Compattezza e compattezza locale, compattificazioni,
compattificazione di Alexandroff. Compattezza negli
spazi metrici, numero di Lebesgue, continuità
uniforme. Completezza, teorema del punto fisso per
le contrazioni, teorema di Baire. Connessione e
connessione locale, connessione per archi,
componenti connesse e componenti connesse per archi.
Relazioni tra le proprietà topologiche,
conservazione mediante applicazioni continue e
operazioni topologiche.
Omotopia e rivestimenti. Equivalenza
omotopica applicazioni e tra spazi, omotopia
relativa, deformazioni, spazi semplicemente
connessi, spazi contraibili. Rivestimenti,
rivestimenti regolari e azioni libere discrete.
Proprietà di sollevamento unico dei cammini e delle
omotopie, sollevamento unico delle applicazioni
continue, rivestimenti universali.
Gruppo fondamentale. Cappi in spazi
puntati, composizione e omotopia tra cappi,
definizione del gruppo fondamentale, indipendenza
dal punto base. Omomorfismi indotti da applicazioni
continue, funtorialità e invarianza omotopica.
Gruppo fondamentale e rivestimenti, gruppo
fondamentale della circonferenza. Presentazioni di
gruppi, teorema di Van Kampen.
Topologia del piano e dello spazio. Teorema
del punto fisso di Brouwer per il disco, teorema di
Borsuk-Ulam per la sfera. Curve di Jordan, indice di
allacciamento, teoremi di Jordan e di Schönflies.
Teorema di invarianza dei domini piani e della
dimensione. Nodi nello spazio, gruppi dei nodi.
Curve e superfici topologiche. Varietà
topologiche, carte locali e atlanti (sfere e
proiezioni stereografiche, spazi proiettivi e carte
affini), carte speciali, atlanti numerabili,
metrizzabilità, teorema di immersione in spazi
euclidei. Classificazione delle curve. Somma
connessa di superfici, genere delle superfici
orientabili e non orientabili, poligonazioni,
caratteristica di Eulero, classificazione delle
superfici chiuse, gruppi fondamentali delle
superfici chiuse.
II Parte - Curve e superfici
Curve nel piano euclideo.
Equazioni cartesiane e parametrizzazioni, lunghezza
d'arco. Riferimenti e formule di Frenet. Curvatura,
forma canonica locale, congruenza tra curve nel
piano euclideo, rotazione totale e curvatura totale,
curve di Jordan regolari.
Curve nello spazio euclideo. Equazioni
cartesiane e parametrizzazioni, lunghezza d'arco.
Riferimenti e formule di Frenet, curvatura e
torsione, forma canonica locale, congruenza tra
curve (orientate) nello spazio euclideo, condizione
di planarità. Nodi regolari, intorni tubolari,
teorema di Fenchel.
Superfici nello spazio euclideo. Equazioni
cartesiane e parametrizzazioni locali, orientazioni
e campi di versori normali. Applicazione di Gauss,
operatore di forma, forme fondamentali, formule di
Gauss-Weingarten. Curvatura normale e curvatura
geodetica, teorema di Meusnier, curvature
principali, direzioni principali e asintotiche,
formula di Eulero, forma canonica locale (punti
ellittici, iperbolici e parabolici, punti ombelicali
e planari). Curvatura gaussiana e curvatura media,
equazioni di Gauss e di Codazzi-Mainardi, teorema
“egregium” di Gauss, isometrie e congruenze tra
superfici (orientate) nello spazio. Superfici
rigate, rigate sviluppabili. Superfici di rotazione,
equazioni di Clairaut. Superfici a curvatura
gaussiana costante (teoremi di Liebmann, Massey e
Hilbert). Superfici minime, curvatura media e
variazione prima dell'area.
Geometria intrinseca delle superfici.
Metriche riemanniane, misura di lunghezze, angoli e
aree, isometrie, conformità e similitudini. Metriche
euclidee, sferiche e iperboliche. Derivata
covariante, trasporto parallelo. Geodetiche,
applicazione esponenziale, coordinate normali,
completezza geodetica, rigidità delle isometrie.
Curvatura riemanniana, superfici a curvatura
costante, teorema di Minding, superfici modello
(piano euclideo, sfera e piano iperbolico). Curve in
superfici riemanniane, curvatura geodetica, teorema
fondamentale generalizzato. Teorema di Gauss-Bonnet.
Geodetiche e isometrie delle superfici modello,
modelli riemanniani delle geometrie piane.