微分 -形式是 張量,其 張量秩 為
,並且在任意一對指標交換下是 反對稱 的。在
維空間中,代數獨立 分量的數量由 二項式係數
給出。特別地,一次形式
(通常簡稱為“微分”)是一個量
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(1)
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其中 , ...,
,
, ...,
是 協變張量 的分量。從
更改變數到
得到
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(2)
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(3)
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(4)
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其中
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(5)
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這是協變變換定律。
-交替多重線性形式 在 向量空間
上對應於
的一個元素,即 對偶向量空間 到
的
階 外冪。
-形式在 流形 上是 向量叢
的 叢截面,即 餘切叢 的
階 外冪。因此,可以用座標寫出
-形式:
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(6)
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其中 遍歷
個元素從
的所有遞增子集,並且
是函式。
微分形式上的一個重要運算,外微分,用於著名的 斯托克斯定理 中。外微分 對
形式運算的結果是
-形式。事實上,根據定義,如果
是座標函式,被視為 零形式,那麼
。
形式的另一個重要運算是 楔積,或外積。如果 是
-形式,而
是
-形式,則
是
形式。此外,
-形式可以與
-向量(即
的 叢截面)進行 縮並,得到
-形式,或者如果
,則得到
-向量。如果流形具有 度量,則存在一個與外積對偶的運算,稱為 內積。
在更高維度中,存在更多種類的微分形式。例如,在 切空間 到 上存在 零形式 1,兩個 一次形式
和
,以及一個 二次形式
。一次形式 可以唯一地寫成
。在四維空間中,
是一個 二次形式,不能寫成
。
寫出一個形式所需的最少項數有時稱為形式的秩,通常在 二次形式 的情況下。當形式的秩為一時,它被稱為 可分解 的。形式的秩的另一種含義是其作為 張量 的秩,在這種情況下,-形式可以被描述為秩為
的 反對稱張量,實際上是
型別。形式的秩也可以指其 形式包絡 的維度,在這種情況下,秩是一個整數值函式。使用秩的後一種定義,
-形式是可分解的 當且僅當 它的秩為
。
當 是 流形
的維度時,
也是 切空間
的維度。因此,
-形式始終具有秩一,而對於
,
-形式必須為零。因此,
-形式被稱為 頂維形式。頂維形式 可以不使用 度量 進行 形式積分。因此,
-形式可以在
-維 子流形 上積分。微分形式是一個 向量空間(具有 C-無窮拓撲),因此具有對偶空間。子流形透過積分表示對偶空間的一個元素,因此通常說它們位於形式的對偶空間中,即 流 的空間。使用 度量,霍奇星運算元
定義了從
-形式到
-形式的對映,使得
。
當 是一個 光滑對映 時,它根據 雅可比矩陣
將 流形切向量 從
推送到
。因此,
上的微分形式拉回到
上的微分形式。
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(7)
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