4.1基矢量的导数Christoffel符号
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克里斯托弗尔符号(Christoffel symbols)是用于描述联络(connection)的张量,具体定义为在一个给定的黎曼流形上,给定一个自然标架运动公式,对于每一个自然标架的变动,根据联络的形式可以求得一组新的克里斯托弗尔符号。
具体来说,对于任意两个矢量场A和B,它们的克里斯托弗尔符号可表示为Christoffel符号,用指标表示即g^(a)*[e_b,e_c]A^b*e_a=0。
克里斯托弗尔符号在黎曼空间中可引入平行移动的概念,从而使所有黎曼空间同时又是仿射联络空间。
它们有时也被称为第一类克里斯托弗尔符号和第二类克里斯托弗尔符号。
第一章:矢量和张量重要矢量等式:()()()⨯⨯=⋅-⋅c a b b c a a c b 指标记法:哑指标求和约定 自由指标规则 协变基底和逆变基底:张量概念i i'i'i β=g g i'i'i i β=g gi'i'i i v v β= i i 'i 'iv v β= i'j'i'j'k l ij..k'l'i j k'l'..kl T T ββββ= i i i i v v ==v g g ..kl i j ij k l T =⊗⊗⊗T g g g g度量张量ij i i i j i i g =⊗=⊗=⊗G g g g g g g⋅=⋅=⋅=⋅=v G G v vT G G T T.j kj i ik T T g =张量的商法则lm ijk T(i,j,k,l,m )S U = ijk...lm T(i,j,k ,l,m )T =置换符号i i ir s t j j j ijk ijk ijkr s t rst rst rstk k kr s t e e δδδδδδεεδδδδ=== ijk j k j k jk ist s t t s st δδδδδδ=-2ijk k ijt t δδ= 6ijk ijk δ=置换张量i j k ijk ijk i j k εε=⊗⊗=⊗⊗εg g g g g gijk i j k ijk ()e ε=⋅⨯=g g gijkijki j k ()ε=⋅⨯=g g g ()::()i j k ijk ijk i j k a b a b εε⨯===⊗=⊗a b g g a b εεa b第二章: 二阶张量重要性质:T =T.u u.T 主不变量1.()i i Tr T ζ==T 212i j l ml m .i .j T T ζδ= 3()det ζ=T1()()(())(())()ζ⋅⋅⨯⋅⋅⨯⋅⨯⋅=⋅⨯T u v w +u T v w +u v T w u v w2)[)][()(]()[()]()ξ⋅⋅⋅⨯⋅⋅⨯⋅⋅⋅⨯⋅=⋅⨯T u (T v w +u T v T w)+T u (v T w u v w (()[()()]det()()⋅⋅⋅⨯⋅=⋅⨯T u T v T w T u v w标准形1. 特征值、特征向量λ⋅=T v v ()λ-⋅=T G v 0 321230λζλζλζ-+-= 2. 实对称二阶张量标准形123112233i iλλλ=⋅⊗=⊗+⊗+⊗N N g g g g g g g g 3. 正交张量(了解方法)12112233(cos()sin())(sin()cos())ϕϕϕϕ=+⊗+-+⊗+⊗R e e e e e e e e4. 反对称二阶张量的标准形21123μμμ=⊗-⊗=⨯Ωe e e e e G⋅=⨯Ωu ωu31:2μ=-=⨯ωεΩe u=-⋅Ωεω 5. 正则张量极分解 =⋅=⋅T R U V R第三章 张量函数概念:各项同性张量函数、解析函数 计算 e T sin()T 重要定理:1. Hamilton-Cayley 定理:32321231230λςλςλςςςς-+-=⇒-+-=T T T G 0 2.对称各向同性张量函数表示定理:2012()f k k k ==++H N G N N ;其中T T ;==H H N N ;而系数i k 是N 的主不变量的函数。
2012年第05期吉林省教育学院学报No.05,2012第28卷JOURNAL OF EDUCATIONAL INSTITUTE OF JILIN PROVINCEVol .28(总293期)Total No .293收稿日期:2012—03—05作者简介:张明洪(1966—),男,湖北枝江人,三峡旅游职业技术学院,讲师,研究方向:计算机教育、休闲服务与管理的教学与研究。
浅论如何使用MATLAB 作张量运算张明洪(三峡旅游职业技术学院,湖北宜昌443100)摘要:本文介绍并分析了如何使用MATLAB 作张量的创建以及缩并、乘积、求导等运算的方法和步骤。
关键词:MATLAB ;张量;张量创建;张量运算中图分类号:O183文献标识码:A文章编号:1671—1580(2012)05—0054—02一、引言张量作为物理或几何的具体对象,充分反映了这些现象的物理和几何属性,是这些现象的一种数学抽象,在分析力学、固体力学、流体力学、几何学、电磁场理论和相对论等方面有着广泛的应用。
张量(tensor )是几何与代数中的基本概念之一,从代数角度讲,张量是数量、向量、矩阵的自然推广,在为n空间中的N 阶张量有n N个分量,下面是n =2时的张量示意图:T(T 1,T 2)标量(阶N =0)矢量(阶N =1)T 11T 12T 21T ()22矩阵(阶N =2)张量(阶N =3)可见,零阶张量可用一个数表示,一阶张量可用一行数组表示,二阶张量可用矩阵表格表示,三阶张量可用“立体矩阵”表示,更高阶的张量不能用图形表示,正因为如此,关于张量的推演计算有时会很复杂繁琐。
利用MATLAB 可以使复杂繁琐的推演计算变得简单方便。
由于难以见到相关的文献,在此作简要的介绍,以方便读者学习。
二、张量运算函数命令MATLAB 是通过调用MAPLE 的张量包(ten-sor )进行运算的,格式为:>>maple (‘函数名’),或者借用procread 指令把整段MAPLE 程序送往MAPLE 计算。
微分几何试题及答案一、选择题(每题5分,共20分)1. 以下哪个概念不是微分几何中的概念?A. 流形B. 向量场C. 拓扑空间D. 黎曼曲率答案:C2. 在微分几何中,一个流形的局部坐标系是:A. 一组线性无关的向量B. 一组线性无关的函数C. 一组局部坐标函数D. 一组局部坐标点答案:C3. 微分几何中,一个向量场在点p的切空间中的表示为:A. 一个点B. 一个函数C. 一个向量D. 一个切平面答案:C4. 黎曼曲率张量R^i_jkl在微分几何中表示:A. 一个流形的局部性质B. 一个流形的全局性质C. 一个向量场的局部性质D. 一个向量场的全局性质答案:A二、填空题(每题5分,共20分)1. 一个n维流形上的切向量空间的维数是______。
答案:n2. 微分几何中,联络(connection)是定义在切空间上的一个______。
答案:线性映射3. 黎曼度量g_ij定义了一个流形上的______。
答案:长度和角度4. 一个流形的测地线是该流形上使得______取极值的曲线。
答案:弧长三、简答题(每题10分,共30分)1. 简述流形的概念。
答案:流形是一个拓扑空间,每一点都有一个邻域,这些邻域与欧几里得空间中的开集同胚。
2. 什么是联络形式?答案:联络形式是定义在切空间上的一组线性映射,它们满足特定的性质,如与坐标无关,并且可以用于描述流形上的平行性。
3. 黎曼曲率张量在广义相对论中有什么物理意义?答案:黎曼曲率张量在广义相对论中描述了时空的曲率,它与引力场的强度和方向有关。
四、计算题(每题15分,共30分)1. 给定一个二维流形上的度量张量g_ij,其中g_11 = 1, g_22 = 1, g_12 = g_21 = 0,计算该流形上的Christoffel符号。
答案:Christoffel符号为Γ^1_11 = 0, Γ^1_12 = 0, Γ^1_21 = 0, Γ^1_22 = 0, Γ^2_11 = 0, Γ^2_12 = 0, Γ^2_21 = 0, Γ^2_22 = 0。