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外微分


函式 f 的外微分是 一形式

 df=sum_(i)(partialf)/(partialx_i)dx_i
(1)

座標圖 (x_1,...,x_n) 表示。 將函式視為零形式,外微分線性擴充套件到所有 微分 k-形式,使用公式

 d(alpha ^ beta)=dalpha ^ beta+(-1)^kalpha ^ dbeta,
(2)

alpha 是一個 k-形式,其中  ^ 楔積

一個 k-形式的外微分是一個 (k+1)-形式。 例如,對於一個 微分 k-形式

 omega^1=b_1dx_1+b_2dx_2,
(3)

外微分是

 domega^1=db_1 ^ dx_1+db_2 ^ dx_2.
(4)

類似地,考慮

 omega^1=b_1(x_1,x_2)dx_1+b_2(x_1,x_2)dx_2.
(5)

那麼

domega^1=db_1 ^ dx_1+db_2 ^ dx_2
(6)
=((partialb_1)/(partialx_1)dx_1+(partialb_1)/(partialx_2)dx_2) ^ dx_1+((partialb_2)/(partialx_1)dx_1+(partialb_2)/(partialx_2)dx_2) ^ dx_2.
(7)

用以下符號表示外微分

 Dt=partial/(partialx) ^ t.
(8)

那麼對於 0-形式 t

 (Dt)_mu=(partialt)/(partialx^mu),
(9)

對於 1-形式 t

 (Dt)_(munu)=1/2((partialt_nu)/(partialx^mu)-(partialt_mu)/(partialx^nu)),
(10)

以及對於 2-形式 t

 (Dt)_(ijk)=1/3epsilon_(ijk)((partialt_(23))/(partialx^1)+(partialt_(31))/(partialx^2)+(partialt_(12))/(partialx^3)),
(11)

其中 epsilon_(ijk)排列張量

總是成立 d(dalpha)=0。 當 dalpha=0 時,則 alpha 被稱為 閉形式。 一個 頂維形式 總是 閉形式。 當 alpha=deta 時,則 alpha 被稱為 恰當形式,因此任何 恰當形式 也是 閉形式。 一個不是 恰當形式閉形式 的例子是圓上的 dtheta。 由於 theta 是一個定義到 2pi 的常數倍的函式,dtheta 是一個 良定義一形式,但沒有函式使得它是外微分。

外微分是線性的,並且與 拉回 omega^* 微分 k-形式 omega 可交換。 也就是說,

 df^*(alpha)=f^*(dalpha).
(12)

因此,閉形式的拉回是閉形式,恰當形式的拉回是恰當形式。 此外,一個 de Rham 上同調[alpha] 具有 良定義拉回對映 [f^*(alpha)]


另請參閱

微分 k-形式, 外代數, Hodge 星運算元, 雅可比矩陣, 流形, Poincaré 引理, 斯托克斯定理, 切叢, 張量, 楔積

此條目由 Todd Rowland 貢獻

使用 探索

請引用為

Rowland, Todd. "外微分。" 來自 Web 資源,由 Eric W. Weisstein 建立。 https://mathworld.tw/ExteriorDerivative.html

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