Isomorphisme musical


En mathématiques, plus précisément en géométrie différentielle, l'isomorphisme musical (ou isomorphisme canonique ) est un isomorphisme entre le fibré tangent et le fibré cotangent d'une variété pseudo-riemannienne induite par son tenseur métrique. Il existe des isomorphismes similaires sur les variétés symplectiques. Le terme musical fait référence à l'utilisation des symboles (plat) et (tranchant)[1],[2].

En notation covariante et contravariante, il est également connu sous le nom d'indice d'élévation et d'abaissement.

Discussion

Soit (M, g) une variété pseudo-riemannienne. Supposons que {ei} soit un repère tangent mobile (voir aussi repère lisse) pour le fibré tangent TM avec, comme repère dual (voir aussi base duale ), le co- repère mobile (un repère tangent mobile pour le fibré cotangent . Voir aussi coframe ) {e i}.

Ensuite, localement, nous pouvons exprimer la métrique pseudo-riemannienne (qui est un champ tensoriel 2 -covariant symétrique et non dégénéré) sous la forme g = gij e iej (où nous employons la convention de sommation d'Einstein).

Étant donné un champ vectoriel X = Xiei, nous définissons son plan :

C'est ce qu'on appelle « abaisser un indice ». En utilisant la notation traditionnelle entre crochets en losange pour le produit scalaire défini par g, nous obtenons la relation (un peu plus « transparente ») :

pour tous les champs vectoriels X et Y .

De même, étant donné un champ de covecteurs ω = ωi e i, on définit son « dièse » :

gij sont les composantes du tenseur métrique inverse (données par les entrées de la matrice inverse de gij ). Prendre le dièse d'un champ de covecteurs s'appelle " élever un indice ". Dans la notation du produit interne, cela se lit

pour tout champ de covecteurs ω et tout champ de vecteurs Y.

Par cette construction, on a deux isomorphismes mutuellement inverses

Ce sont des isomorphismes de fibrés vectoriels et, par conséquent, nous avons, pour chaque p dans M, des isomorphismes d'espace vectoriel mutuellement inverses entre Tp M et T(su)M<br /> T(su)M.

Extension aux produits tenseurs

Les isomorphismes musicaux peuvent également être étendus aux faisceaux

L'indice qui doit être augmenté ou abaissé doit être indiqué. Par exemple, considérons le (0, 2) -champ tenseur X = Xij e iej. En élevant le deuxième indice, nous obtenons le (1, 1) -champ tenseur.

Extension aux vecteurs-k et formes-k

Dans le contexte de l'algèbre extérieure, une extension des opérateurs musicaux peut être définie sur V et son dual (su)V<br />(su)V, qui avec un abus mineur de notation, peut être noté identique, et sont à nouveau des inverses mutuels : [3]

Défini par

Dans cette extension, dans laquelle un bémol fait correspondre les p -vecteurs aux p -covecteurs et un dièse fait correspondre les p -covecteurs aux p -vecteurs, tous les indices d'un tenseur totalement antisymétrique sont simultanément élevés ou abaissés, donc aucun indice n'a besoin d'être indiqué :

Trace d'un tenseur à travers un tenseur métrique

Étant donné un champ tensoriel de type (0, 2) X = Xij e ie2, on définit la trace de X à travers le tenseur métrique g par

Remarquons que la définition de trace est indépendante du choix de l'indice à relever, puisque le tenseur métrique est symétrique.

Voir également

Références

  1. Lee 2003, Chapitre 11.
  2. Lee 1997, Chapitre 3.
  3. Vaz et da Rocha 2016, pp. 48, 50.

Bibliographie

  • (en) J. M. Lee, Introduction to Smooth manifolds, vol. 218, coll. « Springer Graduate Texts in Mathematics », (ISBN 0-387-95448-1)
  • (en) J. M. Lee, Riemannian Manifolds – An Introduction to Curvature, vol. 176, New York · Berlin · Heidelberg, Springer Verlag, coll. « Springer Graduate Texts in Mathematics », (ISBN 978-0-387-98322-6)
  • (en) Jayme Vaz et Roldão da Rocha, An Introduction to Clifford Algebras and Spinors, Oxford University Press, (ISBN 978-0-19-878-292-6)
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