這個公式里的∧符號是什麼意思?


https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_form


是wedge product,定義如下:

wedgecolon	hinspacemathcal{A}^k(V)	imesmathcal{A}^l(V)	omathcal{A}^{k+l}(V),其中mathcal{A}^k(V)為定義在n維線性空間V上的alternating k-tensors 所組成的空間(也是線性的)。

mathcal{A}^k(V)里的元素大概長這樣:

fcolon	hinspace V^k	o mathbb{R}(或者可以把mathbb{R}換成其他某個域?),使得

  • f是多重線性的.

  • f(v_1,cdots,v_i,cdots,v_j,cdots,v_k)=-f(v_1,cdots,v_j,cdots,v_i,cdots,v_k),對於任何(v_1,cdots,v_k)in V^k以及i,jin{1,2,cdots,k},i
eq j.

所以wedge是differential forms的函數值的積,由此可以引申為differential forms的積:比如f為k-form,g為m-form,則fwedge g為(k+m)-form,(fwedge g)(vec{x})=f(vec{x})wedge g(vec{x}).

然後人們希望wedge滿足如下性質:

  • (Associativity):fwedge(gwedge h)=(fwedge g)wedge h.

  • (Homogeneity):(cf)wedge g=c(fwedge g)=fwedge(cg)forall cinmathbb{R}.

  • (Distributivity):f,ginmathcal{A}^n(V)同屬n維張量空間,則有

egin{align*}
(f+g)wedge h=fwedge h+gwedge h,\
hwedge(f+g)=hwedge f+hwedge g.
end{align*}

  • (Anticommutativity):finmathcal{A}^k(V),ginmathcal{A}^l(V)Rightarrow gwedge f=(-1)^{kl}fwedge g.

  • (我們希望能用wedge product 構建出mathcal{A}^k(V)這個線性空間的一組basis)步驟如下:對於V的一組basis,比如說{v_1,v_2,cdots,v_n},定義線性映射(一階張量)phi_icolon	hinspace V	omathbb{R},使得對於任何v=c_1v_1+c_2v_2+cdots+c_nv_nin Vphi_i(v)=c_i.然後定義psi_I:=phi_{i_1}wedgephi_{i_2}wedgecdotswedgephi_{i_k},其中I=(i_1,i_2,cdots,i_k){1,cdots,n}中任一單調增的index序列. 我們希望{psi_I}_{	ext{any such }I}可以構成mathcal{A}^k(V)的一組basis.
  • (wedge product結構可以在線性變換下保留)給定任意線性變換Tcolon	hinspace V	o W,定義映射T^*colon	hinspacemathcal{A}^k(W)	omathcal{A}^k(V),使得對於forall(v_1,cdots,v_k)in V^k(T^*f)(v_1,cdots,v_k)=f(T(v_1),cdots,T(v_k)). 我們希望wedge滿足 T^*(fwedge g)=(T^*f)wedge(T^*g).

經過某些證明,滿足以上性質的函數存在且唯一,於是wedge product被定義為

(fwedge g)(v_1,cdots,v_{k+l})=dfrac{1}{k!,l!}sum_{sigmain S_{k+l}}(	ext{sgn},sigma)f(v_{sigma(1)},cdots,v_{sigma(k)})cdot g(v_{sigma(k+1)},cdots,v_{sigma(k+l)})forall(v_1,cdots,v_{k+l})in V^{k+l}. 其中S_{k+l}是symmetric group,	ext{sgn},sigma=(-1)^mm為可組合為sigma的兩兩交換的次數.

參考(抄自):Analysis on Manifolds by James R.Munkres. Ch. 6.


微分形式(differential forms)中的一個符號


楔積,一種數學運算


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