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la intuición geométrica para el producto tensorial de espacios vectoriales

Primero de todo, estoy muy cómodo con el producto tensor de espacios vectoriales. También estoy muy familiarizado con el conocido generalizaciones, en particular, a la teoría de monoidal categorías. He ganado bastante intuición para tensor de productos y puede trabajar con ellos. Por lo tanto, mi pregunta no es acerca de la definición del tensor de productos, ni sobre sus propiedades. Es más bien acerca de las imágenes mentales. Mi intuición para tensor de productos realmente nunca fue geométricas. Bueno, excepto por el producto tensor de álgebras conmutativas, que se corresponde con el producto de fibra de la correspondiente afín esquemas. Pero vamos a pegarse a la real, espacios vectoriales aquí, para el que tengo cierta intuición geométrica, por ejemplo, desde la clásica geometría analítica.

El producto directo de dos (o más) espacios vectoriales es bastante fácil de imaginar: Hay dos (o más) "instrucciones" o "dimensiones" en la que nos "insertar" de los vectores individuales de los espacios vectoriales. Por ejemplo, el producto directo de una recta con un plano es un espacio tridimensional.

El álgebra exterior de un espacio vectorial se compone de "cuchillas", como muy bien se explica en el artículo de la Wikipedia.

Ahora ¿qué pasa con el producto tensor de dos finito-dimensional real de espacios vectoriales $V,W$? De curso $V \otimes W$ es un producto directo de $\dim(V)$ copias de $W$, pero esta descripción no es intrínseca, y también realmente no incorporar la simetría $V \otimes W \cong W \otimes V$. ¿Cómo podemos describir a $V \otimes W$ geométricamente en términos de$V$$W$? Esta descripción debe ser intrínseca y simétrica.

Tenga en cuenta que SE/115630 básicamente le preguntó lo mismo, pero no recibieron ninguna respuesta real. La respuesta dada a la SE/309838 se describe donde el tensor de productos se utilizan en la geometría diferencial de nociones más abstractas como el tensor de campos y tensor de paquetes, pero esto no contesta la pregunta. (Incluso si mi pregunta se cierra como un duplicado, espero que el resto de las cuestiones recibir más atención y respuestas.)

Más en general, me gustaría pedir una imagen geométrica del producto tensor de dos vectores bultos en buen espacios topológicos. Por ejemplo, tensoring con una línea de paquete es algún tipo de deformación. Pero esto es todavía algún tipo de vaga. Por ejemplo, considere la cinta de Moebius en el círculo de $S^1$, y tire de él para el torus $S^1 \times S^1$ a lo largo de la primera proyección. Hacer lo mismo con la segunda proyección y, a continuación, tensor de ambos. Tenemos una línea de bulto en el toro, bien, pero ¿cómo se ve como geométricamente?

Tal vez la siguiente pregunta relacionada es más fácil de responder: Supongamos que tenemos una comprensión geométrica de dos lineal mapas $f : \mathbb{R}^n \to \mathbb{R}^m$, $g : \mathbb{R}^{n'} \to \mathbb{R}^{m'}$. Entonces, ¿cómo podemos imaginar su producto tensor $f \otimes g : \mathbb{R}^n \otimes \mathbb{R}^{n'} \to \mathbb{R}^m \otimes \mathbb{R}^{m'}$ o el correspondiente lineal mapa de $\mathbb{R}^{n n'} \to \mathbb{R}^{m m'}$ geométricamente? Esto está conectado a la pregunta acerca de vector de paquetes a través de sus cocycle descripción.

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seanyboy Puntos 3170

Bueno, este no puede calificar como "intuición geométrica para el producto tensor", pero me puede ofrecer alguna información sobre el producto tensor de línea de paquetes.

Una línea de paquete es una cosa muy simple-todo lo que puede "hacer" con una línea que se dan la vuelta, lo que significa que en algún sentido básico, la cinta de Moebius es el único realmente no trivial de la línea de paquete. Si usted quiere entender una línea de paquete, todo lo que usted necesita entender es donde Möbius tiras.

Más precisamente, si $X$ es una línea de paquete sobre una base del espacio de $B$, e $C$ es una curva cerrada en $B$, entonces la preimagen de $C$ $X$ es una línea de paquete de más de un círculo, y es, por lo tanto, un cilindro o una cinta de Moebius. Por lo tanto, una línea de paquete, se define una función $$ \varphi\colon \;\pi_1(B)\; \a \;\{-1,+1\} $$ donde $\varphi$ mapas de un bucle a $-1$ si su preimagen es una cinta de Moebius, y los mapas de un bucle a $+1$ si su preimagen es un cilindro.

No es demasiado difícil ver que $\varphi$ es en realidad un homomorphism, donde $\{-1,+1\}$ forma un grupo bajo la multiplicación. Este homomorphism determina completamente la línea de paquete, y no hay restricciones en la función de $\varphi$ más allá del hecho de que debe ser un homomorphism. Esto hace que sea fácil de clasificar línea de paquetes en un espacio dado.

Ahora, si $\varphi$ $\psi$ son los homomorphisms correspondientes a las dos de la línea de paquetes, entonces el producto tensor de los paquetes corresponde a la algebraica del producto de $\varphi$ $\psi$ , es decir, el homomorphism $\varphi\psi$ definido por $$ (\varphi\psi)(\alpha) \;=\; \varphi(\alpha)\,\psi(\alpha). $$ Por lo tanto, el producto tensor de dos paquetes sólo se "voltea" la línea a lo largo de la curva de $C$ si exactamente uno de $\varphi$ $\psi$ voltear la línea (desde $-1\times+1 = -1$).

En el ejemplo que usted da que implican el toro, uno de los pullbacks voltea la línea como usted ir en la dirección longitudinal, y el otro voltea la línea como todo en la parte meridional de la dirección:

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Por lo tanto, el producto tensor tirará la línea cuando usted vaya a su alrededor en cualquiera de dirección:

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Así que esto le da una imagen geométrica del producto tensor en este caso.

Por cierto, resulta que las siguientes cosas son realmente la misma:

  1. Línea de paquetes de más de un espacio de $B$

  2. Homomorphisms de$\pi_1(X)$$\mathbb{Z}/2$.

  3. Elementos de $H^1(B,\mathbb{Z}/2)$.

En particular, la línea cada paquete corresponde a un elemento de $H^1(B,\mathbb{Z}/2)$. Este es el llamado Stiefel-Whitney clase para la línea de paquete, y es un simple ejemplo de una característica de la clase.

Edit: Como Martin Brandeburgo puntos, la clasificación anterior de la línea de paquetes no funciona para arbitrario de espacios de $B$, pero no funciona en el caso de que $B$ es un CW complejo.

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studiosus Puntos 19728

Buena pregunta. Mi opinión personal es que obtenemos una verdadera intuición geométrica de espacios vectoriales sólo una vez que las normas/interior/productos de métricas son introducidos. Por lo tanto, probablemente tiene sentido considerar el tensor de productos en la categoría de, por ejemplo, espacios de Hilbert (tal vez finito-dimensional en primer lugar). Mi intuición geométrica es silenciar en este momento, pero sé que (por terminado el tensor de productos) tenemos un isomorfismo isométrico $$ L^2(Z_1) \otimes L^2(Z_2) \cong L^2(Z_1 \times Z_2) $$
donde $Z_i$'s se miden los espacios. En el finito-dimensional de la configuración de uno, por supuesto, simplemente utiliza el conteo de medidas de finito de conjuntos. A partir de este punto, uno al menos puede confiar en la analítica de la intuición para el producto tensor (teorema de Fubini y el cálculo de las integrales dobles como las integrales iteradas, etc.).

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