Geometry and Topology

Program Description

Geometry and topology are fundamental disciplines of mathematics whose richness and vitality, evident throughout human history, reflect a deep link to our experience of the universe. They are a focal point of modern mathematics and indeed several domains of mathematics have recently shown a strong trend towards a geometrization of ideas and methods: two cases in point are mathematical physics and number theory.

Within this broad subject, the main areas of research of the group include the topological classification of 3-dimensional manifolds; classification of special Kähler metrics; the study of symplectic invariants, especially in dimension 4; non-linear partial differential equations in Riemannian geometry, convex geometry, and general relativity; Poisson geometry and deformation quantization; and Hamiltonian dynamical systems.

Most of the researchers in the group are also membres of CIRGET, the Centre interuniversitaire de recherche en géométrie différentielle et topologie. The Center organizes  scientific events as well as several weekly seminars.

Program Members

Academic Program

Students interested in this program are expected to progress through three levels of courses.

  1. The first level is mainly composed of fundamental courses: two introductory courses in geometry and topology, analysis and algebra courses. These courses will be given every year in at least one of the five ISM member institutions.
  2. The second level will introduce the student to the main subjects of the program. The student will acquire the fundamentals in Lie groups, algebraic geometry, Riemannian geometry, low-dimensional topology and analysis of partial differential equations analysis. These courses will be offered every second year.
  3. The third level is composed of more specialized courses. In addition, all students in the program are expected to participate in the geometry and topology seminar.

2023-24 Course Listings



Topics from differentiable manifolds, tangent space, cotangent space, immersions, orientation, vector fields, differentiable forms, integration on manifolds, Riemannian metrics, curvature tensors, Bonnet-Myers Theorem and Synge Theorem, fundamental group, manifolds of negative curvature, the sphere theorem, eigenvalues of Riemannian manifolds, and de Rham theory.

Prof. Alina Stancu

MAST657 / MAST857

Institution: Concordia University

Geometry and Topology I

Basic point-set topology, including connectedness, compactness, product spaces, separation axioms, metric spaces. The fundamental group and covering spaces. Simplicial complexes. Singular and simplicial homology. Part of the material of MATH 577 may be covered as well.

Prof. Joel Kamnitzer

MATH 576

Institution: McGill University

Topics in Geometry and Topology: Metric nonpositive curvature

Textbook: Martin Bridson and André Haefliger: Metric spaces of non-positive curvature, complementary reading:  Michael W.Davis: The geometry and topology of Coxeter groups.

 Syllabus: This will be a course on curvature defined in metric terms instead of differential-geometric. We will start with studying a handful of examples: hyperbolic geometry, complex hyperbolic geometry, symmetric spaces. We will give some motivation from differential geometry but we will introduce the spaces of metric non-positive curvature using a purely metric condition. We will discuss singular examples of such spaces such as trees or polyhedral complexes, in particular cube complexes. We will prove the Cartan-Hadamard theorem saying that if a simply connected metric space is locally nonpositively curved, then it is globally nonpositively curved.

 We will discuss isometries and groups of isometries acting on such spaces. We will prove the flat torus theorem, the fixed-point theorem for finite subgroups, and we will discuss the decision problems such as the word problem and the conjugacy problem. We will define the boundary at infinity of such a space. We will discuss further examples such as Coxeter groups and buildings. Finally, we will mention constructions using complexes of groups.

Prof. Piotr Przytycki

MATH 599/706

Institution: McGill University

A Survey of Modern Geometric Structures and Challenges (non-credited course)

Target Audience: Second-degree mathematics/physics undergraduates - PhD students

This course introduces several of the principal geometric structures relevant to the description of classical mechanics and classical field theories. Basic knowledge of differential geometry is assumed, including vector and principal bundles, Poincaré's lemma, and calculus on manifolds. Half of the course delves into standard topics in symplectic, Poisson, and Dirac geometry, while the latter segments focus on structures pertinent to contemporary research problems. These include contact and multisymplectic geometry, along with their Marsden-Weinstein reductions. Notably, contact geometry has experienced a revival in recent years, with significant attention directed toward its application in the study of Hamiltonian systems. Additionally, its analogue for field theories, k-contact geometry, has also attracted interest. I will review modern attempts at devising a multisymplectic reduction, which has remained unsolved for approximately three decades. More information on the subject can be found at

Room 5448, Pavillon André-Aisenstadt
Université de Montréal
Fridays, 10:30-12:30
September 8 - December 15

Prof. Javier de Lucas Araujo (Simons-CRM Professor)

Non-credited course

Institution: Université de Montréal

Topologie algébrique I

Groupe fondamental. Théorie des revêtements. Groupes d'homotopie de dimensions supérieures. Homologie singulière relative, homologie simpliciale, théorème d'approximation simpliciale. Relation entre le groupe fondamental et le premier groupe d'homologie. Théorème d'excision. Suite exacte de Mayer-Vietoris. Homologie des sphères, degré des applications entre sphères, applications. Théorème de Jordan-Brouwer. Complexes C.W. et discussion des théorèmes de base de la théorie de l'homotopie: théorème de Whithead, théorème de Hurewicz. Homologie cellulaire, caractéristique d'Euler. Le théorème de point fixe de Lefschetz.

Prof. Steven Boyer

MAT 7032

Institution: Université du Québec à Montréal

Séminaire en géométrie et topologie : Variétés et espace de modules d’un point de vue des courbes

On commencera par un cours rapide de la géométrie algébrique complexe concentré d’abord sur le cas de courbes avec les courbes elliptiques comme modèle. On parlera des aspects saillants des bases de la géométrie birationelle et des espaces de modules mais d’un point de vue surtout sur les courbes et leur rôle omniprésent. Puisque les courbes holomorphes viennent naturellement, une petite partie du cours sera sur la géométrie hyperbolique complexe basé par exemple d’une partie du livre classique de S. Lang. On va étudier de finitude et rigidité des courbes complexes et leur conjectures actuelles qui sont analogues des conjectures en géométrie arithmétiques classiques de Mordell et de Shafarevich concernant la finitude des points rationnelles dans le cas de variétés et des espaces de modules. En même temps, on traitera le cas où la rigidité ne se réalise pas et surtout le célèbre résultat de “bend & break” de Mori concernant l’existence des courbes rationnelles dans une variété et ses consequences en géométrie birationnelle. On va développer un sens des avances récentes en géométrie birationnelle (incluant possiblement BCHM) et en espaces de modules et finir avec des solutions partielles des conjectures clefs qui sont ouvertes. 

Pré-requis: (1) Une bonne connaissance de l’analyse complexe. (2) Soit une grande motivation soit des connaissances de base sur les variétés comme dans un cours de géométrie différentielle, de surfaces de Riemann ou d’un cours en géométrie algébrique. 

Prof. Steven Lu

MAT 993

Institution: Université du Québec à Montréal


Introduction to Algebraic Geometry

Affine varieties. Radical ideals and Hilbert's Nullstellensatz.  The Zariski topology. Irreducible decomposition. Dimension. Tangent spaces, smoothness and singularities.  Projective spaces and projective varieties. Regular functions and morphisms. Rational maps and indeterminacy.  Blowing up. Divisors and linear systems. Projective curves.  Additional topics may be covered at the discretion of the instructor.

Prof. Brent Pym

MATH 518

Institution: McGill University

Geometry and Topology 2

Basic properties of differentiable manifolds, tangent and cotangent bundles, differential forms, de Rham cohomology, integration of forms, Riemannian metrics, geodesics, Riemann curvature.

Prof. Joel Kamnitzer

MATH 577

Institution: McGill University

Géométrie différentielle - UdeM

Variétés différentiables, formes différentielles, fibrés. Partitions de l’unité. Groupes à un paramètre de difféomorphismes, dérivée et crochet de Lie. Intégration et théorème de Stokes. Cohomologie de De Rham. Éléments de géométrie riemannienne.

Prof. Dylan Cant

MAT 6330

Institution: Université de Montréal

Topologie algébrique II

Homologie avec coefficients, théorème des coefficients universels. Cohomologie singulière, théorème de coefficients universels pour la cohomologie. Produits, théorème de Künneth. Orientation et dualité dans les variétés. Axiomes d'Eilenberg-Steenrod. Cohomologie de de Rham, de Cech, d'Alexander. Théorème de de Rham. Foncteurs d'homotopie et foncteurs représentables. Théories d'homologie et cohomologie généralisées: K-théorie, cobordisme. Quelques applications élémentaires de la K-théorie et du cobordisme. Homologie avec coefficients locaux.

Prof. Duncan McCoy

MAT 8230

Institution: Université du Québec à Montréal

Géométrie riemannienne

Ce cours est proposé comme une introduction à la géométrie riemannienne. Nous couvrirons les sujets classiques suivants : Variétés riemanniennes, connexions, géodésiques. Exemples de variétés riemanniennes. Courbure sectionnelle, courbure de Ricci, courbure scalaire. Lemme de Gauss, application exponentielle, théorème de Hopf-Rinow. Transport parallèle, holonomie, théorème d'irréductibilité et de De Rham. Variations première et seconde, champs de Jacobi, cut locus. Théorème de Bonnet-Myers, théorème de Synge, théorème de Cartan-Hadamard. Théorème de comparaison de Rauch, Alexandrov et Toponogov. Submersion riemannienne, espaces homogènes riemanniens, espaces symétriques, l'exemple de l'espace projectif complexe. Théorème de Hodge-De Rham. Théorème de Bochner. Volume, théorèmes de Bishop et de Heintze-Karcher. Sous-variétés, seconde forme fondamentale, équation de Gauss. Inégalités isopérimétriques. Géométrie spectrale. Théorème de finitude de Cheeger.

Prof. Julien Keller

MAT 9231

Institution: Université du Québec à Montréal

Kähler geometry of toric varieties

The purpose of this graduate course is to two-fold. In the first part of the course, we will introduce and study the notion of a (compact, smooth) toric manifold from two complementary points of view: the point of view of symplectic geometry and Hamiltonian actions (the Delzant theory) and the point of view of complex algebraic geometry (the theory of lattice polytopes and fans). In the second part of the course, we will specalize to the study of riemannian geometry of toric manifolds and describe the compatible riemannian metrics in terms of smooth convex functions on the corresponding Delzant polytope (the Abreu-Guillemin theory). This will lead us to our main objective which is a gentle introduction to the recent resolution of the Yau-Tian-Donaldson conjecture (obtained by Chen-Cheng in 2021) giving a necessary and sufficient condition, expressed in terms of the corresponding Delzant polytope, for a compact smooth toric manifold to admit a compatible riemannian metric of constant scalar curvature. 

 The only prerequisite required is a first course in differential geometry on manifolds. This course is a preparation to the SMS summer school Flows and Variational Methods in Riemannian and Complex Geometry: Classical and Modern Methods, June 3-14, 2024.

Prof. Vestislav Apostolov

MAT 993U

Institution: Université du Québec à Montréal

Sujets choisis en géométrie: Représentations des groupes et algèbres de Lie

La théorie des représentations est l’étude des actions d’un groupe sur un espace vectoriel. Cette perspective s’avère extrêmement puissante et ce sujet est très actif en recherche mathématique moderne, en plus d’avoir une panoplie d’applications, particulièrement en physique.

• Représentations des groupes finis : tables de caractères, classification.
• Groupes et algèbres de Lie : groupes classiques, systèmes de racines, classification.
• Représentations des groupes et algèbres de Lie : constructions, exemples, poids, classification.
• Applications : isomorphismes accidentels, espaces homogènes, invariants, formes automorphes.


Un cours d’algèbre linéaire et un cours d’analyse multivariée

Prof. Jean-Philippe Burelle

MAT 775

Institution: Université de Sherbrooke