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Producto interior entre formas diferenciadas y campos del vector

No entiendo lo que significa cuando alguien escribe que las formas (o campos de formulario), se "comen" a los vectores (o campos vectoriales). Por ejemplo, cuando tengo un campo de formulario ω=3dx+5dy+3xdz y un campo de vectores X=3x∂x+5y∂y+3∂z, entonces su producto en el interior de $\iota_{X}\omega=\omega(X)= (3dx+5dy+3xdz)(3x\partial_{x}+5y\partial_{y}+3\partial_{z})=6x(\partial_{x}dx)+25y(\partial_{y}dy)+6x(\partial_{z}dz)=9x+25y+6x=15x+25y$

Creo que esto es correcto. Así que en este caso ω(X) no significa que ω es función de X, sólo significa la multiplicación. Ahora, ¿cómo funciona esto con dos formas? Por ejemplo X=y∂x+2z∂y+3xy∂z y los dos forman ω=3dx∧dy−(14zx+2)dx∧dz

$\iota_{X}\omega=\omega(X,V)=(3dx\wedge dy-(14zx+2)dx\wedge dz)(y\partial_{x}+2z\partial_{y}+3xy\partial_{z}, V)$

Ahora, ¿cómo debo proceder?

9voto

ajaxlex Puntos 171

Del producto en el Interior se define como: si $\omega$ $k$y $X$ es un campo vectorial, entonces $\iota_X \omega$ $(k-1)$- forma definida por (recuerde, $\iota_X \omega$ "come" $k-1$ vectores y devuelve una función): $$ [\iota_X \omega](V_1, V_2, \dots, V_{k-1}) := \omega(X,V_1, V_2, \dots, V_{k-1}) ,$$ es decir, acabamos de poner a $X$ en el primer argumento de $\omega$, dejando $k-1$ ranuras restantes.

He aquí un ejemplo: digamos que $\omega$ es de los dos-formulario de $\omega = dx \wedge dy$. Vamos en primer lugar, trabajar de lo $\omega$ es en algunos de los pares de campos vectoriales (esencialmente, debe tomar todas las siguientes a ser parte de la definición de $dx \wedge dy$):

  1. $\omega(\partial_x, \partial_y) = 1$.

  2. $\omega(\partial_y, \partial_x) = - \omega(\partial_x, \partial_y) = -1$.

  3. $\omega(\partial_x, \partial_z) = 0$. Del mismo modo, si sustituimos en $\partial_z$ en la ranura en $\omega$ (no importa lo que está en la otra ranura), obtenemos cero, ya que $dz$ no aparece en $\omega$.

  4. $\omega(\partial_x, \partial_x) = - \omega(\partial_x, \partial_x)$ por el antisymmetry de la propiedad de las formas,$\omega(\partial_x, \partial_x) = 0$. (Por el mismo razonamiento, $\omega(X, X) = 0$ cualquier $X$, y cualquiera de las dos forma -$\omega$.)

  5. Un ejercicio de linealidad: $\omega(2 \partial_x + \partial_z, 3 \partial_x - 2\partial_y) = -4$ (¿por qué?).

Ahora veamos $\iota_{\partial_x} \omega$, la contracción de $\omega = dx \wedge dy$$\partial_x$. Para ello, tenemos que encontrar lo $\iota_{\partial_x} \omega$ está en cada uno de los tres vectores de la base $\partial_x$, $\partial_y$, y $\partial_z$:

  1. $[\iota_{\partial_x} \omega] (\partial_x) = \omega(\partial_x, \partial_x) = 0$.

  2. $[\iota_{\partial_x} \omega] (\partial_y) = \omega(\partial_x, \partial_y) = 1$.

  3. $[\iota_{\partial_x} \omega] (\partial_z) = \omega(\partial_x, \partial_z) = 0$.

De manera muy suscinta, la información anterior nos dice simplemente que $$\iota_{\partial_x} \omega = dy.$$

En retrospectiva, no teníamos que escribir todos los de arriba. En su lugar, podríamos haber visto ese $\iota_{\partial_x} \omega = dy$ sólo por el "punteo" a la $dx$ (que "se come" el vector $\partial_x$ estamos contratante con) de la parte delantera de $dx \wedge dy$ dejar $dy$.

Se puede aplicar esta algo formal y sin sentido "de depilar regla" para calcular otras contracciones, pero tienes que tener cuidado con los signos. Por ejemplo, $$\iota_{\partial_y} \omega = \iota_{\partial_y} (dx \wedge dy) = \iota_{\partial_y} (- dy \wedge dx) = -dx.$$ El $\partial_y$ arranca fuera de la $dy$, dejando el $dx$, pero hemos tenido que mover el $dy$ a la primera posición con el fin de arrancar, la introducción de un signo menos. Les animo a comprobar que esto es correcto el uso de la primera (o más), la técnica por encima de la evaluación de $ \iota_{\partial_y} \omega$ en cada uno de $\partial_x$, $\partial_y$, y $\partial_z$.

Espero que si usted entiende este ejemplo, usted será capaz de hacer su problema, simplemente mediante el uso de la linealidad.

3voto

EasyEcho Puntos 171

Gracias por sus respuestas y Phillip Andreae tiene la mejor respuesta hasta ahora. Pero quiero responder a la pregunta a mí mismo porque he encontrado una forma más sencilla e intuitiva para mirar este problema. Acabo de pensar de formas diferenciales como la alternancia de funciones multilineales, por ejemplo, el determinante ! Veamos un simple ejemplo:

$\omega = 3x dx\wedge dy$

$X = 2y\partial_{x}+4xy\partial_{y}$

Ahora la puedo escribir los dos forman como un factor determinante con un factor de $\omega = 3x dx\wedge dy(X,V) = 3x\begin{vmatrix} dx(X) & dx(V) \\ dy(X) & dy(V) \end{vmatrix}$
Esto es igual a $\omega = 3x[dx(X)dy(V)-dx(V)dy(X)]$

$dx(X)= 2y$ $dy(X)=4xy$ .

Por lo $\iota_{X}\omega= 6xydy-12x^{2}ydx$

Lo mismo ocurre con las tres siguientes formas y así sucesivamente. Alguna objeción?

2voto

Amitai Yuval Puntos 9374

2-forma de come 2 vectores, no 1. Así si $\omega$ es una 2-forma y $X$ es un campo del vector, $i_X\omega$ no es una función, pero una 1-forma. Si $X,Y$ son campos del vector, entonces $\omega(X,Y)$ es una función.

Más generalmente, $k$ forma come $k$ campos del vector y devuelve una función. Lo más importante de formas diferenciales es que son lineales y tendencia simétrica, es decir, si $\omega$ es $k$-forma, $X_1,\ldots,X_k$ son campos del vector y $\sigma$ es una permutación, entonces

$\omega(X{\sigma(1)},\ldots,X{\sigma(k)})=(-1)^{sgn(\sigma)}\omega(X_1,\ldots,X_k)$.

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