Wie kann ich zwei separate Gleichungen für Christoffel-Symbole erstellen, die dieselbe Antwort geben?

Ich habe die kovariante Ableitung studiert und bin verwirrt über die Berechnung der Christoffel-Symbole Γ . Die Rechengleichung Γ ist gegeben als:

Γ C A B = 1 2 G C k ( A G B k + B G A k k G A B )

Dadurch entsteht ein Γ die in a und b symmetrisch ist. Und es verwandelt sich als:

Γ ' = T Γ S S + S T

Wo S ist die Transformationsmatrix und T ist das Gegenteil. Unter Verwendung dieser Gleichung, wenn wir von einem flachen Raum wo transformieren Γ = 0 , Dann:

Γ ' = S T

Aber diese Gleichung ergibt nicht immer a Γ was symmetrisch ist. und wird daher nicht die gleiche Antwort wie die erste Gleichung geben. Ich habe dies mit folgender Transformationsmatrix in einer versucht ( X , j ) Koordinatensystem:

S = [ 1 0 0 X ]

Dies erzeugt einen metrischen Tensor von:

G ' = G S S = [ 1 0 0 X 2 ]

Dies ist der gleiche metrische Tensor wie für Polarkoordinaten (mit X anstatt R ). Unter Verwendung der ersten Gleichung ergeben sich die Christoffel-Symbole wie folgt:

Γ ' = [ 0 0 0 X ] [ 0 1 X 1 X 0 ]

Aber mit der zweiten Gleichung bekomme ich:

Γ ' = S T = [ 0 0 0 0 ] [ 0 0 1 X 0 ]

Warum sind sie anders? Mir muss etwas fehlen, vielleicht offensichtlich, aber ich habe es viele Male recherchiert und berechnet und kann das Problem nicht finden.

Ich vermute, Sie haben sich in Matrizenberechnungen vertan. Ich würde dringend empfehlen, alle Ihre Gleichungen zu schreiben und alle Berechnungen in Indexform durchzuführen.
Das Transformationsgesetz wird sicherlich eine symmetrische Verbindung herstellen. Wie Hindsight empfehle ich Ihnen nicht, Matrizen zu verwenden; Sie haben eine viel höhere Wahrscheinlichkeit (als ob sie nicht schon hoch wäre), etwas zu vermasseln.
Ich habe die Berechnungen in Indexform und Matrixform durchgeführt. Ich habe sie oben als Matrizen dargestellt, da sie visuell einfacher zu erkennen sind. Jedenfalls sieht man das S wird immer nur einen Term ungleich Null haben (die X des x). Und da T nur Einträge auf seiner Diagonalen hat, das Ergebnis S T wird auch nur einen Term ungleich Null haben. Wie kann es am Ende drei Nicht-Null-Terme geben?
Wenn ich richtig verstehe, was Sie verwirrt, ist, dass Ihr Beispiel ist R 2 , der nicht nur eine Mannigfaltigkeit, sondern auch ein Vektorraum ist. Damit können Sie die Koordinatenänderung in Matrixform schreiben. Aber dann ist die Transformationsmatrix in Ihren Formeln die Jacobi-Matrix der Transformation, die auf den Tangentialraum wirkt, nicht dieselbe Matrix. Wenn Sie die Transformation schreiben als X = X Und Y = X j Sie werden den Unterschied sehen.

Antworten (1)

Danke an MBN für den Kommentar - der auch so ziemlich die Antwort ist. Das ist im Grunde, dass ich die beiden Gleichungen nicht zum gleichen Ergebnis bringen kann, weil die S die ich verwendet habe, ist ungültig .

Ich dachte an S in Bezug auf eine Matrix von Koordinatenänderungen in einem Vektortangentenraum. Die Transformation, die ich erreichen wollte, war:

X ' = X , j ' = X j

also dann S könnte verwendet werden, um von zu transformieren ( X , j ) Koordinaten zu ( X ' , j ' ) :

[ X ' j ' ] = S [ X j ] = [ 1 0 0 X ] [ X j ] = [ 1 0 0 X j ]

Aber die S oben in der Formel für verwendet Γ ist die Jacobi-Matrix der partiellen Ableitungen :

S = [ X ' X X ' j j ' X j ' j ] = [ 1 0 j X ]

Verwenden Sie das S endet mit einem ganz anderen G Und Γ . Meine Verwirrung bestand also darin, den Unterschied zwischen Koordinatentransformationsmatrizen und Jacobi-Matrizen nicht zu verstehen und daher ein Unmögliches zu verwenden S .