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外代数


外代数是楔积代数,也称为交错代数或格拉斯曼代数。外代数的研究也称为 Ausdehnungslehre 或扩张演算。外代数是分次代数

特别地,向量空间的外代数是在自然数 k 中对 向量空间上的交错微分k-形式向量空间直和。这个代数上的积是形式的楔积。向量空间 V 的外代数是通过形成单项式 uv ^ wx ^ y ^ z 等来构造的,其中 uvwxyzV 中的向量,而  ^ 楔积。由单项式线性组合形成的和是外代数的元素。

向量空间的外代数也可以描述为商向量空间

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

其中 W_p 是由诸如 W_2=<x tensor y+y tensor x> tensor 之类的换位生成的 p-张量的子空间, tensor 表示向量空间张量积等价类 [x_1 tensor ... tensor x_p] 表示为 x_1 ^ ... ^ x_p。例如,

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

因为代表元加起来是 W_2 的一个元素。因此,x ^ y=-y ^ x。有时 Lambda^pV 称为 V 的第 p 外幂,也可以用 Alt^pV 表示。

交错积是张量积的子空间。定义线性映射

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

通过

 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 遍历 {1,...,p} 的所有排列pi(sigma) 是由排列符号给出的排列的符号。那么 Lambda^pV 是 Alt 的像,因为 W_p 是它的零空间。常数因子 1/p! (有时不使用)使 Alt 成为投影算子

例如,如果 V 具有向量基 {e_1,e_2,e_3,e_4},那么

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 张成的向量空间。

空间 Lambda^*= direct sum _pLambda^pV 通过使用函数 Alt 定义的楔积成为一个代数。此外,如果 T:V->W 是一个线性变换,那么映射 T_(*,p):Lambda^pV->Lambda^pWv_1 ^ ... ^ v_p 发送到 T(v_1) ^ ... ^ T(v_p)。如果 n=dimVT(v)=Av 其中 A 是一个方阵,那么 T_(*,n)(e_1 ^ ... ^ e_n)=(detA)e_1 ^ ... ^ e_n

交错代数,也称为外代数,Lambda^*V 是一个 2^n 维的代数。在Wolfram 语言中,交错代数的元素可以用一个 n 嵌套的二进制列表表示。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

交错形式的秩有几个不同的定义。在研究微分理想的积分流形时使用的形式的秩是其形式包的维度。另一个定义是其作为张量的秩。

现代几何中的微分k-形式是外代数,并在多元微积分中发挥作用。一般来说,只需要 V 具有的结构。因此,外代数出现在表示论中。例如,如果 V 是群 G群表示,则 Sym_2V direct sum Lambda^2VV tensor V 分解为两个表示。


另请参阅

微分k-形式, 形式包, 群表示, 对称群, 张量积, 向量空间, 楔积

此条目的部分内容由 Todd Rowland 贡献

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参考文献

Wolfram, S. 一种新科学。 Champaign, IL: Wolfram Media, p. 1168, 2002.

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外代数

请这样引用

Rowland, ToddWeisstein, Eric W. “外代数。” 来自 MathWorld-- Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/ExteriorAlgebra.html

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