提高和降低张量索引
同样,使用的是非标准的符号。
我们对V和熟悉,一个是向量所在的空间,一个是协向量所在的 对偶空间 ,
有一个问题:
有何办法能在V的向量与 的协向量之间 建立对应的关系?
换句话说, 有何方法可以让我们在V中获取一个向量 并在 中找到它的"伙伴"(partner)?
首先尝试的方法是利用基底,(但是该方法不行)
会存在问题。
原因: 考虑改变基底的情况,
问题在于,虽然基向量是协变的,
所以当我们从旧基转到新基时,
我们使用正向变换来变换基向量,
而基协向量是逆变的,
因此,
从新基 转换到旧基 ,
使用的是反向变换来转,
这个系数匹配就不好,不是相同的。
尝试方法2:
用一个向量v点乘另一个向量, 得到一个协向量?????
v·v = 协向量? 两向量点乘是把对应位置的分量相乘再求和, 得到一个实数, 实数怎么是协向量(长得跟行向量一样)??
事实证明,确实是
首先,若横线是输入向量,毫无疑问是输出数,那就是一个从V到R的函数。
但是的成员不能只是从向量到标量的任何旧函数, 它们还必须是线性的,
所以,需要利用点积的性质,证明该函数是线性的,。
上图左侧就证明了 __ 是线性的, 这意味着 它确实是 的成员 , 所以 __ 真的是个协向量。
??????????????????????????不明所以
难道是: 协向量是像个行向量一样, 协向量 · 向量 = 实数, 且服从缩放、加法规则。
上图左侧是 协向量的使用, 右侧是 __ 的使用, 它们在使用上是一样的。
原来使用基底的方法, 无法实现变化时只改变向量或协向量, 系数的变换不一致;
而新方法,其变化时, 系数的变化是一致的。向量及其协向量伙伴将始终以相同的量增大或缩小。
既然有这种归属关系,那么我们就能将该协向量 用对偶基的线性组合来表示。
x究竟是多少????
要弄清楚x,
回顾之前的内容:
v·w是通过向量 传递给 度量张量"g" 来给出的。
(因为度量张量g是对称的,所以那个计算顺序无所谓)
对__ 作相同的事,
于是,我们就知道如何获取协向量__ 的分量,
因此,作为一种替代表示法,
不将"g"与下标 j 写一起,*********就是如图:
就是这两边相等,可以选择其中一种表达式。
总而言之,向量V可以写为:
它的伙伴协向量__可以写为:
与之间的转换方式是对度量张量进行求和: 、
需要注意的一点是:
只有在极其特殊的情况下,与 才会相等 。 上标跟下标的意义是不同的。
上面我们找到了从向量V找到其对应的伙伴协向量V*的方法,
如果我们要反过来呢? 怎么找?
从左往右可以通过度量张量g , 而 从右往左呢?
我们现在对度量张量定义其 逆。
对上面的所有 式子进行归总:
升高、降低索引的操作 就是 指 将变量的上下标之间的转化,
对于 , 就是利用度量张量(协变度量张量,因其分量是协变的),将 变为了 ,也就是降低索引操作。
对于 , 就是利用逆度量张量(逆变度量张量, 因其分量是逆变的),将变为了 , 也就是升高索引操作。
这种升高和降低操作不仅适用于向量和协向量分量,也可升高和降低其他张量分量的索引,
以下面张量Q为例:
事实证明,可在任何的张量分量上进行降低和升高索引操作,
向量的对应伙伴 协向量除了__这种表示方法 , 还有其他的表示方法,
最后总结:
就那么