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 i ⊗ ej (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 » :
où 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 i ⊗ ej. 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 i ⊗ e2, 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
- Dualité (mathématiques)
- Hausse et baisse des indices
- Dual space § Produits bilinéaires et espaces duaux
- Hodge double
- Ensemble de vecteurs
- Flat (musique) et Sharp (musique) sur les signes flat
et sharp
Références
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Musical isomorphism » (voir la liste des auteurs).
- Lee 2003, Chapitre 11.
- Lee 1997, Chapitre 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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