Smooth manifolds have been always understood intuitively as spaces that are infinitesimally linear at each point, and thus infinitesimally affine when forgetting about the base point. The aim of this thesis is to develop a general theory of infinitesimal models of algebraic theories that provides us with a formalisation of these notions, and which is in accordance with the intuition when applied in the context of Synthetic Differential Geometry. This allows us to study well-known geometric structures and concepts from the viewpoint of infinitesimal geometric algebra. Infinitesimal models of algebraic theories generalise the notion of a model by allowing the operations of the theory to be interpreted as partial operations rather than total operations. The structures specifying the domains of definition are the infinitesimal structures. We study and compare two definitions of infinitesimal models: actions of a clone on infinitesimal structures and models of the infinitesimalisation of an algebraic theory in cartesian logic. The last construction can be extended to first-order theories, which allows us to define infinitesimally euclidean and projective spaces, in principle. As regards the category of infinitesimal models of an algebraic theory in a Grothendieck topos we prove that it is regular and locally presentable. Taking a Grothendieck topos as a base we study lifts of colimits along the forgetful functor with a focus on the properties of the category of infinitesimally affine spaces. We conclude with applications to Synthetic Differential Geometry. Firstly, with the help of syntactic categories we show that the formal dual of every smooth ring is an infinitesimally affine space with respect to an infinitesimal structure based on nil-square infinitesimals. This gives us a good supply of infinitesimally affine spaces in every well-adapted model of Synthetic Differential Geometry. In particular, it shows that every smooth manifold is infinitesimally affine and that every smooth map preserves this structure. In the second application we develop some basic theory of smooth loci and formal manifolds in naive Synthetic Differential Geometry using infinitesimal geometric algebra.

O objetivo central desta dissertação é apresentar as folheações infinitesimalmente polares, fornecendo uma demonstração para o teorema que as caracteriza. Seguimos a abordagem original encontrada em Lytchak e Thorbergsson [25], de 2010. Diretamente da definição e do teorema principal obtem-se dois exemplos: folheações polares e folheações riemannianas singulares de codimensão 1 ou 2. Dedicamos especial atenção a um terceiro exemplo: folheações sem pontos horizontalmente conjugados. A demonstração deste resultado utiliza resultados obtidos anteriormente pelos mesmos autores em 2007, Lytchak e Thorbergsson [24]. Abordamos também, brevemente, as implicações do teorema caracterizador (que é um resultado local) sobre o quociente global de uma folheação infinitesimalmente polar. Variedades com folheações infinitesimalmente polares podem ser encaradas como um objeto que apresenta aspectos clássicos do teorema do toro maximal para grupos de Lie compactos, em um contexto mais amplo. / The present work aims at introducing infinitesimally polar foliations -- as defined by Lytchak and Thorbergsson [25] -- providing a proof for the classification theorem. Polar foliations and low codimension singular Riemannian foliations are two immediate examples. A third example is given by foliations without horizontally conjugate points. The proof of this assertion relies on previous results established by the same authors in Lytchak and Thorbergsson [24]. The classification theorem for infinitesimally polar foliations is a local result; we also derive from it some global consequences on the quotient space of such foliations. Infinitesimally polar foliations may be regarded as a generalised setting where one can find characteristic features from the maximal torus theorem for compact Lie groups.

O objetivo central desta dissertação é apresentar as folheações infinitesimalmente polares, fornecendo uma demonstração para o teorema que as caracteriza. Seguimos a abordagem original encontrada em Lytchak e Thorbergsson [25], de 2010. Diretamente da definição e do teorema principal obtem-se dois exemplos: folheações polares e folheações riemannianas singulares de codimensão 1 ou 2. Dedicamos especial atenção a um terceiro exemplo: folheações sem pontos horizontalmente conjugados. A demonstração deste resultado utiliza resultados obtidos anteriormente pelos mesmos autores em 2007, Lytchak e Thorbergsson [24]. Abordamos também, brevemente, as implicações do teorema caracterizador (que é um resultado local) sobre o quociente global de uma folheação infinitesimalmente polar. Variedades com folheações infinitesimalmente polares podem ser encaradas como um objeto que apresenta aspectos clássicos do teorema do toro maximal para grupos de Lie compactos, em um contexto mais amplo. / The present work aims at introducing infinitesimally polar foliations -- as defined by Lytchak and Thorbergsson [25] -- providing a proof for the classification theorem. Polar foliations and low codimension singular Riemannian foliations are two immediate examples. A third example is given by foliations without horizontally conjugate points. The proof of this assertion relies on previous results established by the same authors in Lytchak and Thorbergsson [24]. The classification theorem for infinitesimally polar foliations is a local result; we also derive from it some global consequences on the quotient space of such foliations. Infinitesimally polar foliations may be regarded as a generalised setting where one can find characteristic features from the maximal torus theorem for compact Lie groups.