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¿Cuál es el tensor métrico en la n-esfera (hypersphere)?

Estoy considerando la unidad de la esfera (pero una extensión de uno de radius $r$ se agradece) centrado en el origen. Cualquier sistema de coordenadas que se va a hacer, a pesar de que el estándar angular de un (1 radial y $n-1$ coordenadas angulares) sería preferible.

Sé que en la 2-esfera tenemos $ds^2 = d\theta^2+\sin^2(\theta)d\phi^2$ (en coordenadas esféricas) pero no estoy seguro de cómo esto se generaliza a $n$ dimensiones.

Agregó nota: Si cualquier cosa puede ser descubiertos sólo sobre el determinante del tensor (cuando se presenta en forma de matriz), que también sería muy útil.

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dj_mummy Puntos 354

Voy a definir la métrica de $S^{n-1}$ a través de la retirada de la Eulcidean métrica en ${\mathbb{R}}^{n}$.

Para empezar tomamos $n$-dimensión Cartesiano de coordenadas: $(x_1,x_2......x_n)$. La métrica aquí es $g_{ij }= δ_{ij}$ donde $δ$ es la delta de Kronecker.

Podemos especificar la superficie de los parches de $S^{n-1}$ por la parametrización de la $f$: $$x_1=r{\cos(ϕ_1)},$$

$$x_p=r{\cos(ϕ_p)}{\Pi_{m=1}^{p-1}}{\sin(ϕ_{m})},$$

$$x_n=r{\Pi_{m=1}^{n-1}}{\sin(ϕ_{m})},$$

Donde $r$ es el radio de la hypersphere y los ángulos que tienen el rango normal.

Vemos que el pullback de la métrica Euclidiana $g'_{ab} = (f^*g)_{ab}$ es el tensor métrico de la hypersphere. Sus componentes son:

$$g'_{ab} = g_{ij} {\frac{\partial{x_i}}{\partial{ϕ_a}}} {\frac{\partial{x_j}}{\partial{ϕ_b}}} = {\frac{\partial{x_i}}{\partial{ϕ_a}}}{\frac{\partial{x_i}}{\partial{ϕ_b}}}$$

Llegamos $2$ de los casos aquí:

i) $a>b$ o $b>a$, Para estos componentes se obtiene una serie de términos con la alternancia de signos que se desvanece, $g'_{ab}=0$, por lo que todas las componentes de la diagonal del tensor de desaparecer.

ii) $a=b$,

$$g'_{11}=1$$

$$g'_{aa} ={r^2}{\Pi_{m=1}^{a-1}}{\sin^2(ϕ_{m})}$$
donde $2<a<{n-1}$

El factor determinante es muy sencillo de calcular:

$$det[g'_{ab}] = {r^2}{\Pi_{m=1}^{n-1}}g'_{mm}$$

Finalmente, podemos escribir la métrica de la hypersphere como:

$$g' = {r^2}{d{ϕ_{1}}}{\otimes{}d{ϕ_{1}}} + {r^2}{\Sigma_{a=2}^{n-1}}{\Pi_{m=1}^{a-1}}{\sin^2(ϕ_{m})}{d{ϕ_{a}}}{\otimes{}d{ϕ_{a}}} $$

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