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外微分


函数 f 的外微分是 一形式

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

坐标图 (x_1,...,x_n) 表示。 将函数视为零形式,外微分线性扩展到所有 微分 k-形式,使用公式

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

alpha 是一个 k-形式,其中  ^ 楔积

一个 k-形式的外微分是一个 (k+1)-形式。 例如,对于一个 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)

类似地,考虑

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

那么

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)

用以下符号表示外微分

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

那么对于 0-形式 t

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

对于 1-形式 t

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

以及对于 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)排列张量

总是成立 d(dalpha)=0。 当 dalpha=0 时,则 alpha 被称为 闭形式。 一个 顶维形式 总是 闭形式。 当 alpha=deta 时,则 alpha 被称为 恰当形式,因此任何 恰当形式 也是 闭形式。 一个不是 恰当形式闭形式 的例子是圆上的 dtheta。 由于 theta 是一个定义到 2pi 的常数倍的函数,dtheta 是一个 良定义一形式,但没有函数使得它是外微分。

外微分是线性的,并且与 拉回 omega^* 微分 k-形式 omega 可交换。 也就是说,

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

因此,闭形式的拉回是闭形式,恰当形式的拉回是恰当形式。 此外,一个 de Rham 上同调[alpha] 具有 良定义拉回映射 [f^*(alpha)]


另请参阅

微分 k-形式, 外代数, Hodge 星算子, 雅可比矩阵, 流形, Poincaré 引理, 斯托克斯定理, 切丛, 张量, 楔积

此条目由 Todd Rowland 贡献

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请引用为

Rowland, Todd. "外微分。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源,由 Eric W. Weisstein 创建。 https://mathworld.net.cn/ExteriorDerivative.html

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