Derivat extern

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În geometria diferențială , derivata externă extinde conceptul de diferențial al unei funcții la formele diferențiale de ordin superior. Forma utilizată în prezent a derivatului extern se datorează lui Élie Cartan .

Definiție

Derivata externă a unei forme diferențiale de grad este o formă diferențială de grad .

Derivată externă a unei funcții

Este o funcție lină (adică o formă 0). Derivatul extern al este diferențialul din , adică singura formă astfel încât pentru fiecare câmp vector aveți , unde este este derivata direcțională a către . [1]

Derivată externă a unei forme k

Derivata externă este definită ca singura transformare liniară cu valoare reală care mapează formele k în forme (k + 1) astfel încât să satisfacă următoarele proprietăți:

  • este diferențialul pentru funcționalitate lină .
  • pentru fiecare funcție lină .
  • , cu o formă de p.

A doua proprietate este valabilă într-un context mai general, deoarece pentru fiecare formă k , în timp ce al treilea implică, ca caz particular, că dacă este o funcție și o formă k atunci întrucât funcțiile sunt forme de grad zero.

Derivată externă în coordonate locale

Într-un sistem de coordonate local ia în considerare diferențialele , care constituie un set de forme unice. Având în vedere un set de indici , cu Și , derivatul extern al unei forme k:

pe este definit după cum urmează: [1]

Pentru o formă k generică:

cu , definiția este extinsă prin linearitate.

Definiția prezentată în coordonate locale rezultă din definiția anterioară. De fapt, ambele:

atunci noi avem:

unde este este interpretat ca o formă zero, căreia i se aplică proprietățile derivatei externe.

Formula invariantă

O formulă explicită poate fi găsită pentru derivatul extern al unei forme k atunci când se iau în considerare k + 1 câmpuri vectoriale netede :

unde este sunt parantezele Lie , iar pălăria denotă omiterea unui element dat:

În special, pentru 1-forme avem:

unde este Și sunt câmpuri vectoriale.

Derivata externă în calculul vectorial

Diferenți operatori utilizați în calculul vectorial sunt cazuri speciale ale noțiunii de diferențiere externă sau au o relație strânsă cu aceasta.

Gradient

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Gradient .

O funcție lină este o formă 0. Derivatul său extern este forma 1:

Cu alte cuvinte, forma acționează asupra fiecărui câmp vector returnând în fiecare punct produsul scalar al cu gradientul . Forma 1 este o secțiune a fasciculului cotangent care produce o aproximare liniară locală a în spațiul cotangent din fiecare punct.

Divergenţă

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Divergența .

Un câmp vector pe posedă o formă corespunzătoare (n-1):

unde este denotă omiterea acestui element. Integrala din pe o suprafață este fluxul de prin această suprafață.

Derivata externă a acestei forme (n-1) este forma n:

Rotor

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Rotor (matematică) .

Un câmp vector pe are o formă 1 corespunzătoare:

Local, este produsul interior cu , și integralul lui de-a lungul unei căi este lucrarea mecanică făcută „împotriva” pe parcurs. Dacă n = 3, derivatul extern al lui este forma 2:

Notă

  1. ^ a b Todd Rowland,MathWorld - Derivat exterior , mathworld.wolfram.com , 2012.

Bibliografie

  • Flanders, Harley, Forme diferențiale cu aplicații la științele fizice , New York, Dover Publications, 1989, p. 20, ISBN 0-486-66169-5 .
  • Ramanan, S., Calcul global , Providence, Rhode Island, American Mathematical Society, 2005, p. 54, ISBN 0-8218-3702-8 .
  • Conlon, Lawrence, Multiple diferențiabile , Basel, Elveția, Birkhäuser, 2001, p. 239, ISBN 0-8176-4134-3 .
  • Darling, RWR, Forme și conexiuni diferențiale , Cambridge, Marea Britanie, Cambridge University Press, 1994, p. 35, ISBN 0-521-46800-0 .

Elemente conexe

Matematica Portalul de matematică : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de matematică