Géométrie et topologie des surfaces

La géométrie élémentaire est un cadre idéal pour l'apprentissage du raisonnement mathématique au collège et au lycée et devrait, à ce titre, y jouir d'une situation privilégiée. Les résultats qu'elle permet d'obtenir s'expriment souvent de manière simple, compréhensible par tous : alignement de points, concours de droites,... Mais en même temps, ils sont suffisamment non évidents pour que le profane ressente la nécessité d'une démonstration. Ce manuel, issu d'un cours semestriel enseigné pendant plusieurs années à l'Université des Sciences et Techniques du Languedoc, est une introduction à la géométrie affine et projective. Nous avons voulu structurer des connaissances déjà acquises (en les rappelant lorsque cela nous a semblé utile), plutôt que parachuter les structures a priori. Ainsi par exemple, le premier chapitre montre comment l'étude des projections conduit, de manière naturelle, à la notion d'espace projectif. Notre exposé met l'accent au moins autant sur les méthodes employées que sur les résultats : le fait de savoir, par exemple, que le théorème de Pappus résulte trivialement de la nature extrêmement simple des homographies d'une droite du plan sur une autre, est aussi important que le résultat lui-même. Enfin, nous avons voulu présenter et manipuler de " vraies " transformations, qui déforment les figures : projections, inversions, transformations du groupe circulaire ; les isométries et les similitudes, qui préservent trop de choses, sont beaucoup plus difficiles à utiliser ; ce sont pourtant souvent les seules transformations traditionnellement abordées dans l'enseignement secondaire.

La collection Mathématiques à l'Université se propose de mettre à la disposition des étudiants de troisième, quatrième et cinquième années d'études supérieures en mathématiques des ouvrages couvrant l'essentiel des programmes actuels des universités françaises. Certains de ces ouvrages pourront être utiles aussi aux étudiants qui préparent le CAPES ou l'agrégation, ainsi qu'aux élèves des grandes écoles. Nous avons voulu rendre ces livres accessibles à tous : les sujets traités sont présentés de manière simple et progressive, tout en respectant scrupuleusement la rigueur mathématique. Chaque volume comporte un exposé du cours avec des démonstrations détaillées de tous les résultats essentiels et de nombreux exercices. Les auteurs de ces ouvrages ont tous une grande expérience de l'enseignement des mathématiques au niveau supérieur. Ce livre est issu d'un cours de Topologie générale qui a été enseigné pendant plusieurs années en Licence de Mathématiques à l'Université des Sciences et Techniques du Languedoc à Montpellier. Il est plus précisément adapté à la formation de futurs professeurs de mathématiques dans l'enseignement secondaire. Nous nous sommes efforcés, non seulement d'exposer les principaux concepts de la Topologie générale, mais encore de mettre leurs rôles en relation et de classer les grandes idées qui ont présidé à leur élaboration. Nous avons par exemple cherché à distinguer les concepts purement topologiques de ceux qui relevaient de la structure uniforme des espaces métriques, ou encore de ceux pour lesquels la " compatibilité " de la métrique avec une structure d'espace vectoriel jouait un rôle essentiel et qui faisaient donc explicitement intervenir une structure d'espace normé. Nous nous sommes également attachés à hiérarchiser les énoncés afin de permettre au lecteur de bien distinguer les résultats vraiment profonds de ceux qui n'étaient que des étapes intermédiaires dans la démonstration de théorèmes plus significatifs.

La collection Mathématiques à l'Université se propose de mettre à la disposition des étudiants de licence et de maîtrise de mathématiques des ouvrages couvrant l'essentiel des programmes actuels des universités françaises. Certains de ces ouvrages pourront être utiles aussi aux étudiants qui préparent le CAPES ou l'agrégation, ainsi qu'aux élèves des grandes écoles. Les sujets traités sont présentés de manière simple et progressive, tout en respectant scrupuleusement la rigueur mathématique. Chaque volume comporte un exposé du cours avec des démonstrations détaillées de tous les résultats essentiels, et de nombreux exercices corrigés. Les auteurs de ces ouvrages ont tous une grande expérience de l'enseignement des mathématiques au niveau supérieur. Le sujet traité dans cet ouvrage, l'étude des classes caractéristiques en géométrie différentielle et de leurs résidus, qui conduit à des résultats profonds et spectaculaires, n'est en général abordé que dans des cours spécialisés de haut niveau. Les auteurs montrent que ce sujet peut avantageusement être abordé dès la troisième année d'études universitaires: le premier chapitre expose en effet un "exemple prototype", l'invariant d'Euler-Poincaré d'une surface compacte, facile à appréhender sans grandes connaissances préalables et dont l'intérêt est immédiatement perceptible. Avant d'aborder la généralisation pour laquelle cet exemple doit servir de guide, les auteurs donnent des exposés détaillés de la théorie des espaces fibrés et des connexions. Ces exposés, du niveau des études doctorales, ont un intérêt propre et sont susceptibles de rendre service à un public d'étudiants ou de chercheurs non-spécialistes, indépendamment de l'usage qui en est fait dans ce livre. De très nombreux exercices sont disséminés dans le texte, qui font partie intégrante de l'ouvrage: leurs résultats sont fréquemment utilisés par la suite. Dans un appendice, sont rappelés succinctement quelques-uns des outils utilisés au cours des précédents chapitres. Cet ouvrage rendra de très grands services, car il accompagnera son lecteur pendant plusieurs années, tout au long de ses études universitaires et au-delà.