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La expresión de Levi-Civita de Conexión

Estoy teniendo problemas con el siguiente ejercicio en do Carmo de la geometría de Riemann.

Deje $X$ $Y$ ser diferenciable campos vectoriales sobre un colector de Riemann $M$. Deje $p \in M$ y deje $c: I \to M$ ser una curva integral de $X$ a través de $p$, es decir,$c(t_0) = p$$\frac{dc}{dt} = X(c(t))$. Probar que la de Riemann conexión de $M$ es

$(\nabla_XY \ )(p) = \frac{d}{dt} (P^{-1}_{c,t_0,t}(Y(c(t)))\ |_{t=t_0}$

donde $P^{-1}_{c,t_0,t}: T_{c(t_0)}M \to T_{c(t)}M$ es el transporte paralelo a lo largo de $c$,$t_0$$t$.

Supongo, no tengo suficiente conocimiento de cómo manejar el transporte paralelo (ya que sólo se da como la única solución a una ecuación diferencial).

Todas las sugerencias serán bienvenidos!

Gracias, S. L.

Edit: Do Carmo introdujo por primera vez la noción de una conexión afín

$\nabla: \text{Vect}(M) \times \text{Vect}(M) \to \text{Vect}(M)$, $(X,Y) \mapsto \nabla_XY$.

Con las siguientes propiedades:

  • $\nabla_{fX + gY}Z = f\nabla_XZ + g \nabla_YZ$
  • $\nabla_X(Y+Z) = \nabla_XY + \nabla_XZ$
  • $\nabla_X(fY) = f\nabla_XY + X(f)Y$

para$X,Y,Z \in \text{Vect}(M)$$f,g \in C^\infty(M)$.

Y, a continuación, mostró que no hay una única correspondencia que asocia a un campo de vectores $V$ a lo largo de la curva diferenciable $c: I \to M$ otro campo vectorial $\frac{DV}{dt}$ a lo largo de c, denominada derivada covariante de $V$ a lo largo de $c$, con más de tres propiedades:

  • $\frac{D}{dt}(V+W) = \frac{D}{dt}V + \frac{D}{dt}W$
  • $ \frac{D}{dt}(fV) = \frac{df}{dt}V + f\frac{D}{dt}V$
  • Si $V$ es inducida por un campo de vectores $Y \in \text{Vect}(M), then \frac{D}{dt}V = \nabla_{dc/dt}Y$

A continuación, mostró la existencia y la unicidad del transporte paralelo a lo largo de una curva, y se fue a probar la existencia y unicidad de Levi-Civita de conexión.

Espero que esto hace las cosas más claras? Gracias por la rápida respuesta!

20voto

YequalsX Puntos 320

Se trata de una cultura comentario, en lugar de una respuesta, pero es un poco largo para el cuadro de comentarios, que es la razón por la que estoy escribiendo aquí.

Mi comentario es el siguiente: dar una conexión, y dando a los asociados en paralelo de transporte, son esencialmente la misma cosa, y así debe ser posible establecer la fórmula que se está tratando de demostrar por razonablemente conceptual, de alto nivel, el pensamiento, en lugar de ensuciar acerca demasiado complicadas ecuaciones diferenciales.

Permítame explicar un poco: ¿cómo definirías la derivada de un campo vectorial a lo largo de una curva? Bueno, la idea es que desea formar la costumbre de Newton cociente $$ \dfrac{V\bigl(c(t+\epsilon)\bigr) - V\bigl(c(t)\bigr)}{\epsilon}$$ y, a continuación, deje $\epsilon$ ir a cero, para calcular la derivada de $V$ en el punto de $c(t)$.

El único problema es que la sustracción en esta fórmula no tiene sentido, porque la tangente vectores que se han restado se basan en diferentes puntos: uno se basa en el $c(t+\epsilon)$ y el otro a $c(t)$.

Introduzca transporte paralelo: supongamos que tenemos un acuerdo sobre la manera de turno, o de transporte, la tangente los vectores a lo largo de una curva. Entonces, podemos aplicar esta así como para el transporte de $V\bigl(c(t+\epsilon)\bigr)$ $c(t+\epsilon)$ $c(t)$, y luego la forma de la por encima de Newton cociente, y proceder a calcular una derivada.

De acuerdo con el método de desplazamiento de vectores a lo largo de las curvas es formalmente conocido como una opción de transporte paralelo, ya que si se tiene un método de este tipo, y si se define un campo vectorial a lo largo de una curva de $c(t)$ por la elección de algunos de los $V_0$ a $c(t_0)$ y, a continuación, mediante el acuerdo sobre transporte paralelo para definir $V\bigl(c(t))$ por que transporten $V_0$ a lo largo de $c$$c(t)$, se puede obtener un vector campo a lo largo de $c(t)$ cuya derivada en cada punto será cero (por la construcción!). Por lo tanto este campo vectorial no cambia a lo largo de $c(t)$, y, entonces, se compone de vectores paralelos, de ahí el nombre paralelo tranporte. (Por supuesto, las nociones de cambio y en paralelo no son intrinsict a el vector de campo; ellos dependen de nuestra elección particular de transporte paralelo.)

Por supuesto, nuestra elección de transporte paralelo debe satisfacer algunos axiomas (debe ser lineal; debe ser liso (de modo que los campos vectoriales a lo largo de las curvas de que da lugar a son lisas); y así sucesivamente). Si nos fijamos en el texto de la derecha, usted encontrará estos axiomas escrito.

Como hemos visto, una opción de transporte paralelo en nuestro colector proporciona una forma de la diferenciación de los campos vectoriales a lo largo de las curvas. Pero desde un vector tangente es sólo un infinitesimal de la curva, se ve que de hecho tenemos una manera de la diferenciación de un campo de vectores en la dirección de un vector dado de campo: ampliar ese campo de vectores a una curva, y luego se diferencian a lo largo de la curva.

Por lo tanto una opción de transporte paralelo determina una conexión afín, es decir, de una manera de la diferenciación de los campos vectoriales a lo largo de la tangente de los vectores. Por el contrario, esta información es suficiente para determinar el transporte paralelo: nos transporte paralelo de un vector tangente a lo largo de una curva, asegurándose de que su derivada (utilizando la conexión afín) en cada punto de la curva, en la dirección de la tangente de la curva, se desvanece.

Así que nos hemos pasado un círculo completo, de transporte paralelo, afín de conexión, de vuelta a transporte paralelo. El texto que se está leyendo es que la ortografía de la segunda mitad de este círculo, pero es quizás un poco escasa en detalles con respecto a la primera mitad; de hecho, el ejercicio que están tratando de resolver es exactamente acerca de la primera mitad del círculo, y su objetivo es comprobar que realmente está pasando a su alrededor en un círculo: es decir, que acabe de donde empezó.

Realmente hay algo para comprobar aquí (es decir, el ejercicio no es trivial si usted no lo ha hecho antes, y que están aprendiendo estas ideas por primera vez), pero tengo la esperanza de que la discusión anterior puede ayudar a arrojar algo de luz sobre su significado, y también lo hacen parecer menos intimidante (y tal vez más conceptual y menos computacional) que de otra manera podría parecer.

17voto

jasonjwwilliams Puntos 950

Deje $\{e_i\}\subseteq T_{c(t_0)}M$ ser una base. Definir $E_i(t)$ como el paralelo de traducción de $e_i$ a lo largo de $c(t)$. Probarte a ti mismo que $\{E_i(t)\}$ forma una base de $T_{c(t)}$ todos los $t$ (sugerencia, utilice la singularidad parte de la solución lineal de las Odas).

Ahora, podemos escribir $Y(c(t)) = \sum_i a_i(t) E_i(t)$. Entonces, puesto que el $E_i(t)$ son paralelas, y desde $P_{c,t_0,t}$ es lineal, tenemos $P^{-1}_{c,t_0, t}(Y(c(t)) = \sum_i a_i(t) e_i$.

A partir de aquí, por el hecho de computar el límite, no es demasiado difícil ver que $\frac{d}{dt} P^{-1}_{c,t_o,t}Y(c(t))|_{t=t_0} = \sum_i a_i'(t_0)e_i$.

Por lo tanto, el objetivo es mostrar que la $\nabla_X Y(p)$ también puede ser escrito como este.

Pero $\nabla_X Y(p) = \nabla_X \sum_i a_i(t)E_i(t)|_{t=t_0} = \sum_i a_i(t_0) \nabla_X E_i(t)|_{t=t_0} + \sum_i a_i'(t_0) E_i(t_0)$. (La segunda igualdad es sólo la regla de Leibniz cada conexión debe cumplir). Sin embargo, $\nabla_X E_i(t)$ $\frac{D}{dt} E_i(t)$ y esto es 0, ya que el $E_i$ son paralelas. Por lo tanto, el primer término de la suma se desvanece, por lo tanto obtenemos el resultado deseado.

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