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¿Un tensor que es simétrico en dos índices sigue siendo simétrico después de subir/bajar un índice?

Hace tiempo que tengo esta pregunta. Todavía no he encontrado información al respecto en Internet ni he utilizado esta propiedad en ningún cálculo. Creo que he demostrado que seguirá siendo simétrica, pero no estoy seguro de mi prueba.

Suponga que tiene $A^{ij}=A^{ji}$ entonces, $$ A^{ij}=A^{i}_{\phantom{i}k}g^{kj}=A^{\phantom{k}i}_{k}g^{kj}=A^{ji}\tag{1}$$ Así que $$A^{i}_{\phantom{i}k}g^{kj}=A^{\phantom{k}i}_{k}g^{kj}\tag{2}$$ Lo que implica $$A^{i}_{\phantom{i}k}=A^{\phantom{k}i}_{k}.\tag{3}$$ ¿Es esto cierto?

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Andrea Di Persio Puntos 1226

Es simétrico pero en realidad no lo has demostrado. En la primera línea sólo muestras tu hipótesis inicial y en la segunda línea utilizas lo que se supone que debes demostrar. La prueba es simplemente $$A^i_{\ \ j}=g_{jk}A^{ik}=g_{jk}A^{ki}=A_j^{\ \ i}.$$

4voto

Stefano Puntos 763

TL;DR: No, es por definición no simétrica, aunque la ec. de OP. (3) sí que es válida.

Más detalladamente, si

$$S~:=~S^{ij}~e_i \otimes e_j~\in~ T^2V~=~V\otimes V \tag{A}$$

y

$$g~:=~g_{ij}~e^{\ast i} \otimes e^{\ast j}~\in~ T^2V^{\ast}~=~V^{\ast}\otimes V^{\ast}\tag{B}$$

son tensores simétricos

$$S^{ij}~=~S^{ji}\qquad\text{and}\qquad g_{ij}~=~g_{ji},\tag{C}$$

entonces el tensor mixto

$$ M~:=~ M^i{}_j~e_i \otimes e^{\ast j}~\in~ V\otimes V^{\ast},\tag{D}$$

dado por

$$ M^i{}_j~:=~S^{ik}g_{kj},\tag{E} $$

es no simétrica. Para empezar, el tensor transpuesto

$$ M^T~:=~ (M^T)_i{}^j ~e^{\ast i} \otimes e_j ~:=~M^j{}_i ~e^{\ast i} \otimes e_j~\in~ V^{\ast}\otimes V\tag{F}$$

vive en un espacio diferente, por lo que la condición de simetría potencial $$M~=~M^T \qquad\qquad(\longleftarrow \text{Wrong!}) \tag{G}$$ no tiene sentido formalmente. Lo que se sostiene en cambio es

$$ M^j{}_i~=:~(M^T)_i{}^j~=~g_{in} ~M^n{}_m~ (g^{-1})^{mj}~=:~M_i{}^j. \tag{H}$$

Ejemplo: Si

$$S^{ij}~=~\begin{pmatrix}0&1\cr1&0\end{pmatrix} \qquad\text{and}\qquad g_{ij}~=~\begin{pmatrix}1&0\cr0&2\end{pmatrix},\tag{I}$$

entonces la matriz

$$ M^i{}_j~=~\begin{pmatrix}0&2\cr1&0\end{pmatrix}\tag{J}$$

no es simétrico.

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