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¿Qué es el producto Clifford/geométrico en términos del producto interior y exterior?

El producto geométrico se define generalmente como el álgebra sobre el espacio de multivectores $\bigwedge \Lambda(V)$

$$ab = a \cdot b + a \wedge b$$

con $\cdot$ un producto sobre el espacio vectorial $V$ y $\wedge$ el producto exterior. Pero, ¿cómo se extienden esas definiciones a los multivectores generales? Es decir, para los multivectores

\begin{eqnarray} A_i \in \Lambda^i V,\ A &=& \sum_{i=0}^n a_i A_i\\ B_i \in \Lambda^i V,\ B &=& \sum_{i=0}^n b_i B_i \end{eqnarray}

¿Cuáles son los productos $A \cdot B$ y $A \wedge B$ ? Para el producto exterior supongo que será simplemente

$$A \wedge B = (\sum_{i=0}^n a_i A_i) \wedge (\sum_{j=0}^n b_j B_j)$$

ya que es una cantidad bien definida, pero en el caso del producto interior, parece un poco más difícil. De algunos libros parece ser algo de la forma de la suma sobre cada combinación de las bases que se contraen entre sí, por ejemplo,

$$e_1 \cdot (e_2 \wedge e_3) = \frac 12 \left[(e_1 \cdot e_2) e_3 + (e_1 \cdot e_3) e_2 \right]$$

que asigna $n$ -cuchillas a $(n-1)$ -con la generalización apropiada para multivectores inhomogéneos y arbitrarios. $n$ -hojas, aunque no estoy seguro de cómo el producto interior de dos $2$ -las cuchillas funcionan, tampoco, o lo que ocurre en el caso de $0$ -formas, ¿es simplemente el producto en este caso? ¿Es éste el producto correcto y, en particular, existe una definición del mismo que sea independiente de la elección de la base?

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rschwieb Puntos 60669

El producto geométrico se define generalmente como el álgebra sobre el espacio de multivectores $\bigwedge \Lambda(V)$ $ab = a \cdot b + a \wedge b$

No estoy seguro de lo que está leyendo, y no es de extrañar dadas las descripciones dispares disponibles, pero creo que nunca he visto el producto geométrico definido en términos de esta identidad . En la mayoría de los lugares, se ve el producto geométrico definido sobre el producto de vectores base ortonormales elegidos, extendido linealmente. Entonces $\wedge$ y se demuestra que $ab = a \cdot b + a \wedge b$ sigue.

No creo que una sola descripción del producto geométrico sobre toda el álgebra en términos de $\cdot$ y $\wedge$ existe. Esto se debe principalmente a lo que usted menciona a continuación:

¿Cuáles son los productos $A \cdot B$ y $A \wedge B$ ?

Los productos punto y cuña no están definidos para elementos generales ( hay muchas extensiones útiles ). Describir todo en términos de $\cdot$ y $\wedge$ requeriría eso.

Si consideramos el álgebra geométrica como el cociente del álgebra tensorial $T(V)$ por el ideal generado por $v\otimes v-v\cdot v$ Esto equivaldría a pedir una forma general del producto de dos elementos arbitrarios en términos de este cociente, lo que parece demasiado complicado para tener una respuesta sencilla.

La lección debería ser que mucha propaganda del álgebra geométrica nos hace ilusionarnos con explicaciones sencillas y expresiones ordenadas. Aunque esto es cierto en muchos sitios, no parece serlo en esta situación. Al menos no en el álgebra geométrica "básica". Se han hecho muchos avances incrustando estructuras geométricas en versiones más amplias del álgebra, así que quizá haya algo más atractivo ahí.

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Una fuente que encontré ( arxiv.org/pdf/1205.5935.pdf ) definió el producto interior en términos del producto de Clifford como $$A \cdot B = \sum_{r,s} \langle A_r B_s \rangle_{s-r}$$ aunque no está muy claro qué significa esto desde el punto de vista de los componentes

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@Slereah Eso está entre la lista de extensiones alterantivas que figuran en el enlace que di.

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Nicholas Todoroff Puntos 131

$ \newcommand\grade[1]{\langle#1\rangle} \newcommand\lcontr{{\rfloor}} \newcommand\rcontr{{\lfloor}} $

El producto exterior

Multivectores dados $A = \sum_{i=0}^n A_i$ y $B = \sum_{i=0}^n B_i$ donde $A_i, B_i$ son $i$ -entonces como $\wedge$ es bilineal $$ A\wedge B = \sum_{i=0}^n\sum_{j=0}^n A_i\wedge B_j. $$ Para definir $\wedge$ en términos del producto geométrico, típicamente iríamos con $$ A_i\wedge B_j = \grade{A_iB_j}_{i+j} $$ donde $\grade{}_k$ es la proyección sobre el grado $k$ parte; entonces se extiende por linealidad, es decir $$ A\wedge B = \sum_{i=0}^n\sum_{j=0}^n\grade{A_iB_j}_{i+j}. $$ Si $a_1, a_2,\dotsc, a_k$ son vectores, entonces también podemos definir su producto exterior como la suma completamente antisimetrizada: $$ a_1\wedge a_2\wedge\cdots\wedge a_k = \frac1{k!}\sum_{\sigma\in\mathrm{Perm}(k)}\mathrm{sgn}(\sigma)a_{\sigma(1)}a_{\sigma(2)}\cdots a_{\sigma(k)}, $$ donde la suma es sobre todas las permutaciones de $\{1,\dotsc,k\}$ . Probablemente se pueda extender a las cuchillas, pero no sé cómo.

El producto interior

En lugar de tratar de trabajar con algún tipo de producto punto simétrico, es mucho mejor trabajar con el izquierda ( $\lcontr$ ) y derecha ( $\rcontr$ ) contracciones . Véase aquí . Se definen de forma más natural como las operaciones adjunto al producto exterior: $$ \grade{(A\wedge B)C}_0 = \grade{A(B\lcontr C)}_0,\quad \grade{A(B\wedge V)}_0 = \grade{(A\rcontr B)C}_0 $$ para multivectores arbitrarios $A, B, C$ . También están los universal identidades $$ (A\wedge B)\lcontr C = A\lcontr(B\lcontr C),\quad A\rcontr(B\wedge C) = (A\rcontr B)\rcontr C. $$ Como ya te habrás hecho una idea, las contracciones izquierda y derecha tienen las mismas identidades pero invertidas; por ello, a partir de ahora me centraré únicamente en la contracción izquierda.

En los vectores, tenemos simplemente $a\lcontr b = a\cdot b$ . La contracción por un vector es una (graduada) derivación : $$ a\lcontr(B\wedge C) = (a\lcontr B)\wedge C + \hat B\wedge(a\lcontr C) $$ donde $\hat B$ es la involución de grado (o involución principal) de $B$ .

En general, podemos encontrar que $$ A_i\lcontr B_j = \begin{cases} 0 &\text{if } j - i < 0 \\ \grade{A_iB_j}_{j-i} &\text{if } j - i \geq 0. \end{cases} $$ Extensión por linealidad a multivectores generales $A = \sum_{i=0}^nA_i$ y $B = \sum_{i=0}^nB_i$ , $$ A\lcontr B = \sum_{i=0}^n\sum_{j=0}^nA_i\lcontr B_j = \sum_{i=0}^n\sum_{j=0}^n\grade{A_iB_j}_{j-i}, $$ con la convención de que $\grade{\cdots}_{j-i} = 0$ si $j - i < 0$ .

En cuchillas $A_i, B_j$ la contracción tiene una interpretación geométrica: $A_i\lcontr B_j = 0$ sólo si $i > j$ o existe un vector en $A_i$ completamente perpendicular $B_j$ . Cuando no es cero, $A_i\lcontr B_j$ es una subcama de $B_j$ completamente perpendicular a $A_i$ .

El producto geométrico

No hay una forma sencilla (que yo conozca) de expresar el producto geométrico de multivectores arbitrarios en términos de contracción y producto exterior. Dicho esto, para $a$ un vector y $B$ un multivector arbitrario, tenemos $$ aB = a\lcontr + a\wedge B,\quad Ba = B\rcontr a + B\wedge a. $$

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