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外代數


外代數是楔積代數,也稱為交錯代數或格拉斯曼代數。外代數的研究也稱為 Ausdehnungslehre 或擴張演算。外代數是分次代數

特別地,向量空間的外代數是在自然數 k 中對 向量空間上的交錯微分k-形式向量空間直和。這個代數上的積是形式的楔積。向量空間 V 的外代數是透過形成單項式 uv ^ wx ^ y ^ z 等來構造的,其中 uvwxyzV 中的向量,而  ^ 楔積。由單項式線性組合形成的和是外代數的元素。

向量空間的外代數也可以描述為商向量空間

 Lambda^pV= tensor ^pV/W_p,
(1)

其中 W_p 是由諸如 W_2=<x tensor y+y tensor x> tensor 之類的換位生成的 p-張量的子空間, tensor 表示向量空間張量積等價類 [x_1 tensor ... tensor x_p] 表示為 x_1 ^ ... ^ x_p。例如,

 x ^ y+y ^ x=0,
(2)

因為代表元加起來是 W_2 的一個元素。因此,x ^ y=-y ^ x。有時 Lambda^pV 稱為 V 的第 p 外冪,也可以用 Alt^pV 表示。

交錯積是張量積的子空間。定義線性對映

 Alt: tensor ^pV-> tensor ^pV
(3)

透過

 Alt(v_(i_1) tensor ... tensor v_(i_p))=1/(p!)sum_(sigma)pi(sigma)v_(i_(sigma(1))) tensor ... tensor v_(i_(sigma(p))),
(4)

其中 sigma 遍歷 {1,...,p} 的所有排列pi(sigma) 是由排列符號給出的排列的符號。那麼 Lambda^pV 是 Alt 的像,因為 W_p 是它的零空間。常數因子 1/p! (有時不使用)使 Alt 成為投影運算元

例如,如果 V 具有向量基 {e_1,e_2,e_3,e_4},那麼

Lambda^0V=<1>
(5)
Lambda^1V=<e_1,e_2,e_3,e_4>
(6)
Lambda^2V=<e_1 ^ e_2,e_1 ^ e_3,e_1 ^ e_4,e_2 ^ e_3,e_2 ^ e_4,e_3 ^ e_4>
(7)
Lambda^3V=<e_1 ^ e_2 ^ e_3,e_1 ^ e_2 ^ e_4,e_1 ^ e_3 ^ e_4,e_2 ^ e_3 ^ e_4>
(8)
Lambda^4V=<e_1 ^ e_2 ^ e_3 ^ e_4>,
(9)

Lambda^kV={0} 其中 k>dimV<v,w> 是由 vw 張成的向量空間。

空間 Lambda^*= direct sum _pLambda^pV 透過使用函式 Alt 定義的楔積成為一個代數。此外,如果 T:V->W 是一個線性變換,那麼對映 T_(*,p):Lambda^pV->Lambda^pWv_1 ^ ... ^ v_p 傳送到 T(v_1) ^ ... ^ T(v_p)。如果 n=dimVT(v)=Av 其中 A 是一個方陣,那麼 T_(*,n)(e_1 ^ ... ^ e_n)=(detA)e_1 ^ ... ^ e_n

交錯代數,也稱為外代數,Lambda^*V 是一個 2^n 維的代數。在Wolfram 語言中,交錯代數的元素可以用一個 n 巢狀的二進位制列表表示。例如,{{{1, 2}, {0, 0}}, {{3, 0}, {4, 5}}, } 表示 e_1 ^ e_2 ^ e_3+2e_1 ^ e_3+3e_2 ^ e_3+4e_3+5

交錯形式的秩有幾個不同的定義。在研究微分理想的積分流形時使用的形式的秩是其形式包的維度。另一個定義是其作為張量的秩。

現代幾何中的微分k-形式是外代數,並在多元微積分中發揮作用。一般來說,只需要 V 具有的結構。因此,外代數出現在表示論中。例如,如果 V 是群 G群表示,則 Sym_2V direct sum Lambda^2VV tensor V 分解為兩個表示。


另請參閱

微分k-形式, 形式包, 群表示, 對稱群, 張量積, 向量空間, 楔積

此條目的部分內容由 Todd Rowland 貢獻

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參考文獻

Wolfram, S. 一種新科學。 Champaign, IL: Wolfram Media, p. 1168, 2002.

在 上被引用

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請這樣引用

Rowland, ToddWeisstein, Eric W. “外代數。” 來自 -- 資源。 https://mathworld.tw/ExteriorAlgebra.html

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