मीट्रिक टेंसर: Difference between revisions

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{{Short description|Structure defining distance on a manifold}}
{{about|मैनिफोल्ड पर मीट्रिक संरचनाएँ|सापेक्षता के दिक्काल की विशिष्ट स्थिति|मीट्रिक टेंसर (सामान्य सापेक्षता)}}
{{about|metric structures on manifolds|the specific case of spacetime of relativity|Metric tensor (general relativity)}}
अवकल ज्यामिति के गणितीय क्षेत्र में, एक '''मीट्रिक टेन्सर''' (या केवल '''मीट्रिक''') मैनिफोल्ड {{mvar|M}} (जैसे [[ सतह (गणित) |सतह]]) पर एक ऐसी अतिरिक्त [[ गणितीय संरचना |गणितीय संरचना]] है जो दूरी और कोणों को परिभाषित करने की अनुमति ठीक उसी प्रदान करती है, जिस प्रकार यूक्लिडीय अंतरिक्ष पर आंतरिक गुणनफल, दूरी और कोण को परिभाषित करने की अनुमति प्रदान करता है। अधिक यथार्थ रूप से, {{mvar|M}} के किसी बिंदु {{mvar|p}} पर एक मीट्रिक टेन्सर, {{mvar|p}} पर स्पर्शरेखा समष्टि पर परिभाषित एक [[ बिलिनियर रूप |द्विरेखीय]] रूप है (अर्थात्, एक [[ बिलिनियर फ़ंक्शन |द्विरेखीय फलन]], जो स्पर्शरेखा सदिश युग्मों को [[ वास्तविक संख्या |वास्तविक संख्याओं]] में प्रतिचित्रित करता है), और {{mvar|M}} पर एक मीट्रिक टेंसर में {{mvar|M}} के प्रत्येक बिंदु {{mvar|p}} पर एक ऐसा मीट्रिक टेंसर होता है जो आसानी से {{mvar|p}} के साथ परिवर्तित होता रहता है।
अंतर ज्यामिति के गणित क्षेत्र में, एक मीट्रिक टेंसर (या बस मीट्रिक) एक कई गुना पर एक अतिरिक्त [[ गणितीय संरचना ]] है {{mvar|M}} (जैसे कि एक [[ सतह (गणित) ]]) जो दूरी और कोणों को परिभाषित करने की अनुमति देता है, जैसे कि यूक्लिडियन अंतरिक्ष पर आंतरिक उत्पाद वहां दूरी और कोणों को परिभाषित करने की अनुमति देता है।अधिक सटीक रूप से, एक बिंदु पर एक मीट्रिक टेंसर {{mvar|p}} का {{mvar|M}} एक [[ बिलिनियर रूप ]] है जो स्पर्शरेखा पर परिभाषित किया गया है {{mvar|p}} (अर्थात्, एक [[ बिलिनियर फ़ंक्शन ]] जो [[ वास्तविक संख्या ]] में स्पर्शरेखा वैक्टर के जोड़े को मैप करता है), और एक मीट्रिक टेंसर पर {{mvar|M}} प्रत्येक बिंदु पर एक मीट्रिक टेंसर के होते हैं {{mvar|p}} का {{mvar|M}} जो आसानी से बदलता रहता है {{mvar|p}}


एक मीट्रिक टेंसर {{mvar|g}} सकारात्मक-परिभाषा है अगर {{math|''g''(''v'', ''v'') > 0}} हर नॉनज़ेरो वेक्टर के लिए {{mvar|v}}।एक सकारात्मक-परिभाषा मीट्रिक टेंसर से सुसज्जित एक कई गुना एक रिमैनियन कई गुना के रूप में जाना जाता है।इस तरह के एक मीट्रिक टेंसर को कई गुना पर अनंत दूरी निर्दिष्ट करने के रूप में सोचा जा सकता है।एक रिमैनियन कई गुना {{mvar|M}}, दो बिंदुओं के बीच एक चिकनी वक्र की लंबाई {{mvar|p}} और {{mvar|q}} एकीकरण द्वारा परिभाषित किया जा सकता है, और मीट्रिक (गणित) के बीच {{mvar|p}} और {{mvar|q}} ऐसे सभी घटता की लंबाई के अनंत के रूप में परिभाषित किया जा सकता है;यह बनाता है {{mvar|M}} एक [[ मीट्रिक स्थान ]]।इसके विपरीत, मीट्रिक टेंसर ही दूरी समारोह (उपयुक्त तरीके से लिया गया) का व्युत्पन्न है।{{fact|date=August 2022}}
एक मीट्रिक टेन्सर {{mvar|g}} ''धनात्मक-निश्चित'' होता है यदि, प्रत्येक अशून्य सदिश {{mvar|v}} के लिए, {{math|''g''(''v'', ''v'') > 0}}। धनात्मक-निश्चित मीट्रिक टेन्सर से सुसज्जित मैनिफोल्ड को रीमैनियन मैनिफोल्ड के रूप में जाना जाता है। इस प्रकार के एक मीट्रिक टेन्सर पर किसी मैनिफोल्ड पर ''अतिसूक्ष्म'' दूरी को निर्दिष्ट करने के बारे में विचार किया जा सकता है। रीमैनियन मैनिफोल्ड {{mvar|M}} पर, दो बिंदुओं {{mvar|p}} और {{mvar|q}} के बीच एक निष्कोण वक्र की लंबाई को समाकलन द्वारा परिभाषित किया जा सकता है, और {{mvar|p}} और {{mvar|q}} के बीच की दूरी को इस प्रकार के सभी वक्रों की लंबाई के न्यूनतम के रूप में परिभाषित किया जा सकता है; यह {{mvar|M}} को एक [[ मीट्रिक स्थान |मीट्रिक समष्टि]] बनाता है। इसके विपरीत, मीट्रिक टेन्सर स्वयं दूरी फलन (उपयुक्त तरीके से लिया गया) का अवकलज है।{{fact|date=August 2022}}
जबकि एक मीट्रिक [[ टेन्सर ]] की धारणा को 19 वीं शताब्दी की शुरुआत से [[ कार्ल गॉस ]] जैसे गणितज्ञों के लिए कुछ अर्थों में जाना जाता था, यह 20 वीं शताब्दी की शुरुआत तक नहीं था कि एक टेंसर के रूप में इसकी संपत्तियों को विशेष रूप से, [[ ग्रेगोरियो रिक्की-क्लैस्ट्रो ]] और द्वारा समझा गया था।[[ टुल्लियो लेवी-सिविटा ]], जिन्होंने पहले एक टेंसर की धारणा को संहिताबद्ध किया।[[ सममितीय तेनसर ]] एक [[ टेंसर क्षेत्र ]] का एक उदाहरण है।


एक [[ समन्वय आधार ]] में एक मीट्रिक टेंसर के घटक एक [[ सममित मैट्रिक्स ]] के रूप में लेते हैं, जिनकी प्रविष्टियाँ समन्वय प्रणाली में परिवर्तन के तहत [[ वैक्टर के सहसंयोजक और कॉन्ट्रैवेरियन ]] को बदल देती हैं।इस प्रकार एक मीट्रिक टेंसर एक सहसंयोजक सममित टेंसर है।समन्वय-मुक्त | समन्वय-स्वतंत्र दृष्टिकोण से, एक मीट्रिक टेंसर फ़ील्ड को प्रत्येक स्पर्शरेखा स्थान पर एक nondegenerate फॉर्म सममित बिलिनियर रूप के रूप में परिभाषित किया गया है जो बिंदु से बिंदु तक चिकनी फ़ंक्शन को बदलता रहता है।
हालाँकि एक मीट्रिक [[ टेन्सर |टेन्सर]] की धारणा कुछ अर्थों में [[ कार्ल गॉस |कार्ल गॉस]] जैसे गणितज्ञों को 19वीं शताब्दी के प्रारंभ से ज्ञात थी, फिर भी 20वीं शताब्दी के प्रारंभ तक ऐसा नहीं था कि टेन्सर के रूप में इसके गुणों को विशेष रूप से [[ ग्रेगोरियो रिक्की-क्लैस्ट्रो |ग्रेगोरियो रिक्की-क्लैस्ट्रो]] और [[ टुल्लियो लेवी-सिविटा |टुल्लियो लेवी-सिविटा]] द्वारा समझा गया था, जिन्होंने पहली बार एक [[ सममितीय तेनसर |टेंसर]] की धारणा को संहिताबद्ध किया। मीट्रिक टेंसर, [[ टेंसर क्षेत्र |टेंसर क्षेत्र]] का एक उदाहरण है।
 
किसी मीट्रिक टेन्सर के घटक एक [[ समन्वय आधार |निर्देशांक आधार]] पर एक [[ सममित मैट्रिक्स |सममित आव्यूह]] के रूप में लिए जाते हैं, जिनकी प्रविष्टियाँ निर्देशांक प्रणाली में परिवर्तन के तहत [[ वैक्टर के सहसंयोजक और कॉन्ट्रैवेरियन |सहपरिवर्ती]] रूप से रूपांतरित होती हैं। इस प्रकार एक मीट्रिक टेन्सर एक सहपरिवर्ती सममित टेन्सर होता है। निर्देशांक-मुक्त दृष्टिकोण से, एक मीट्रिक टेन्सर क्षेत्र को प्रत्येक स्पर्शरेखा समष्टि पर एक ऐसे अविकृत सममित द्विरेखीय रूप के रूप में परिभाषित किया जाता है जो बिंदु से बिंदु तक सुचारू रूप से परिवर्तित होता है।


== परिचय ==
== परिचय ==
[[ कार्ल फ्रेडरिक गॉस ]] ने अपने 1827 #Citerefgauss1827 (घुमावदार सतहों की सामान्य जांच) में एक सतह [[ पैरामीट्रिक सतह ]] पर विचार किया, कार्टेशियन निर्देशांक के साथ {{mvar|x}}, {{mvar|y}}, और {{mvar|z}} दो सहायक चर के आधार पर सतह पर अंक {{mvar|u}} और {{mvar|v}}।इस प्रकार एक पैरामीट्रिक सतह (आज की शर्तों में) एक [[ वेक्टर-मूल्यवान फ़ंक्शन ]] है
[[ कार्ल फ्रेडरिक गॉस |कार्ल फ्रेडरिक गॉस]] ने अपने वर्ष 1827 के ''डिक्विजिशन्स जेनरल सर्का सुपरफिसीज कर्वस'' (वक्राकार सतहों की सामान्य जाँच) में दो सहायक चरों {{mvar|u}} और {{mvar|v}} के आधार पर सतह पर बिंदुओं के कार्तीय निर्देशांक {{mvar|x}}, {{mvar|y}}, और {{mvar|z}} वाली एक सतह को [[ पैरामीट्रिक सतह |प्राचलिक]] रूप से माना। इस प्रकार प्राचलिक सतह (वर्तमान संदर्भ में) एक [[ वेक्टर-मूल्यवान फ़ंक्शन |सदिश-मान फलन]] होता है


:<math>\vec{r}(u,\,v) = \bigl( x(u,\,v),\, y(u,\,v),\, z(u,\,v) \bigr)</math>
:<math>\vec{r}(u,\,v) = \bigl( x(u,\,v),\, y(u,\,v),\, z(u,\,v) \bigr)</math>
वास्तविक चर की एक आदेशित जोड़ी पर निर्भर करता है {{math|(''u'', ''v'')}}, और एक खुले सेट में परिभाषित किया गया {{mvar|D}} में {{mvar|uv}}-विमान।गॉस की जांच के मुख्य उद्देश्यों में से एक सतह की उन विशेषताओं को कम करना था, जिसे एक फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया जा सकता है जो कि अपचनीय रहेगा यदि सतह अंतरिक्ष में एक परिवर्तन से गुजरती है (जैसे कि इसे बिना खींचने के सतह को झुकना), या एक परिवर्तन मेंएक ही ज्यामितीय सतह का विशेष पैरामीट्रिक रूप।
वास्तविक चर {{math|(''u'', ''v'')}} के एक क्रमित युग्म के आधार पर, और {{mvar|uv}}-समतल में इसे एक खुले समुच्चय {{mvar|D}} में परिभाषित किया गया है। गॉस की जाँच के मुख्य उद्देश्यों में से एक सतह की उन विशेषताओं को प्राप्त करना था, जिन्हें एक ऐसे फलन द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जो सतह के अंतरिक्ष में एक परिवर्तन (जैसे सतह को बिना खींचे हुए झुकना), या एक ही ज्यामितीय सतह के विशेष प्राचलिक रूप में परिवर्तन से गुजरने पर अपरिवर्तित रहता है।


एक प्राकृतिक ऐसी अपरिवर्तनीय मात्रा सतह के साथ खींची गई [[ arclength ]] है।एक और एक सामान्य बिंदु पर सतह के साथ खींचे गए घटता की एक जोड़ी के बीच का [[ कोण ]] है।ऐसी तीसरी मात्रा सतह के एक टुकड़े का [[ क्षेत्र ]] है।एक सतह के इन आक्रमणकारियों के अध्ययन ने गौस को मीट्रिक टेंसर की आधुनिक धारणा के पूर्ववर्ती का परिचय दिया।
सतह के अनुदिश खींची गई [[ arclength |वक्र की लंबाई]] ऐसी ही एक प्राकृतिक अपरिवर्तनीय राशि है। ऐसी ही एक अन्य राशि, सतह के अनुदिश खींचे गए वक्रों के एक युग्म और एक उभयनिष्ठ बिंदु पर प्रतिच्छेदन के बीच का [[ कोण |कोण]] है। सतह के एक खण्ड का [[ क्षेत्र |क्षेत्रफल]] भी ऐसी ही एक तीसरी राशि है। सतह के इन निश्चरों के अध्ययन ने गॉस को मीट्रिक टेन्सर की आधुनिक धारणा के पूर्ववर्ती को प्रस्तुत करने के लिए प्रेरित किया।


मीट्रिक टेंसर है <math display=inline> \begin{bmatrix} E & F \\ F & G \end{bmatrix} </math> नीचे दिए गए विवरण में;मैट्रिक्स में , एफ, और जी में कोई भी संख्या हो सकती है जब तक कि मैट्रिक्स सकारात्मक निश्चित हो।
नीचे दिए गए विवरण में <math display="inline"> \begin{bmatrix} E & F \\ F & G \end{bmatrix} </math>मीट्रिक टेन्सर है; इस आव्यूह में E, F, और G कोई भी संख्या ग्रहण कर सकते हैं जब तक कि आव्यूह धनात्मक निश्चित है।
<!-- Since what? -->
=== चाप की लंबाई ===
 
यदि चरों {{mvar|u}} और {{mvar|v}} को एक अंतराल {{math|[''a'', ''b'']}} से मान ग्रहण हुए एक तीसरे चर, {{mvar|t}} पर निर्भर करते हुए लिया जाता है, तो {{math|{{vec|''r''}}(''u''(''t''), ''v''(''t''))}}, प्राचलिक सतह {{mvar|M}} में एक [[ पैरामीट्रिक वक्र |प्राचलिक वक्र]] आरेखित करता है। इस वक्र के चाप की लंबाई निम्न [[ अभिन्न |समाकल]] द्वारा दी जाती है
 
=== चाप लंबाई ===
अगर चर {{mvar|u}} और {{mvar|v}} एक तीसरे चर पर निर्भर रहने के लिए लिया जाता है, {{mvar|t}}, एक अंतराल में मान लेना (गणित) {{math|[''a'', ''b'']}}, तब {{math|{{vec|''r''}}(''u''(''t''), ''v''(''t''))}} पैरामीट्रिक सतह में एक [[ पैरामीट्रिक वक्र ]] का पता लगाएगा {{mvar|M}}।उस वक्र की चाप लंबाई [[ अभिन्न ]] द्वारा दी गई है


: <math> \begin{align}
: <math> \begin{align}
Line 27: Line 24:
     &= \int_a^b \sqrt{u'(t)^2\,\vec{r}_u\cdot\vec{r}_u + 2u'(t)v'(t)\, \vec{r}_u\cdot\vec{r}_v + v'(t)^2\,\vec{r}_v\cdot\vec{r}_v}\, dt \,,
     &= \int_a^b \sqrt{u'(t)^2\,\vec{r}_u\cdot\vec{r}_u + 2u'(t)v'(t)\, \vec{r}_u\cdot\vec{r}_v + v'(t)^2\,\vec{r}_v\cdot\vec{r}_v}\, dt \,,
\end{align}</math>
\end{align}</math>
कहां <math> \left\| \cdot \right\| </math> आदर्श (गणित) #euclidean मानदंड का प्रतिनिधित्व करता है।यहां [[ श्रृंखला नियम ]] लागू किया गया है, और सदस्यता आंशिक डेरिवेटिव को दर्शाती है:
जहाँ <math> \left\| \cdot \right\| </math> यूक्लिडीय मानक (फलन) को निरूपित करता है। यहाँ [[ श्रृंखला नियम |श्रृंखला नियम]] लागू किया गया है, और सबस्क्रिप्ट निम्न आंशिक अवकलजों को दर्शाते हैं:


:<math>\vec{r}_u = \frac{\partial \vec{r}}{\partial u}\,, \quad \vec{r}_v = \frac{\partial \vec{r}}{\partial v}\,.</math>
:<math>\vec{r}_u = \frac{\partial \vec{r}}{\partial u}\,, \quad \vec{r}_v = \frac{\partial \vec{r}}{\partial v}\,.</math>
इंटीग्रैंड प्रतिबंध है<ref>More precisely, the integrand is the [[pullback (differential geometry)|pullback]] of this differential to the curve.</ref> ([[ द्विघात रूप ]]) अंतर (infinitesimal) के वर्गमूल के वक्र के लिए
समाकल्य ([[ द्विघात रूप |द्विघात]]) निम्न अवकल के वर्गमूल के वक्र के लिए प्रतिबंध<ref>More precisely, the integrand is the [[pullback (differential geometry)|pullback]] of this differential to the curve.</ref> है


{{NumBlk|:|<math>(ds)^2 = E \,(du)^2 + 2F \,du\, dv + G\, (dv)^2 ,</math>|{{EquationRef|1}}}}
{{NumBlk|:|<math>(ds)^2 = E \,(du)^2 + 2F \,du\, dv + G\, (dv)^2 ,</math>|{{EquationRef|1}}}}


कहां
जहाँ


{{NumBlk|:|<math>
{{NumBlk|:|<math>
Line 42: Line 39:
</math>|{{EquationRef|2}}}}
</math>|{{EquationRef|2}}}}


मात्रा {{mvar|ds}} में ({{EquationNote|1}}) को लाइन तत्व कहा जाता है, जबकि {{math|''ds''<sup>2</sup>}} का [[ पहला मौलिक रूप ]] कहा जाता है {{mvar|M}}।सहज रूप से, यह विस्थापन के वर्ग के प्रमुख भाग का प्रतिनिधित्व करता है {{math|{{vec|''r''}}(''u'', ''v'')}} कब {{mvar|u}} द्वारा बढ़ाया जाता है {{mvar|du}} इकाइयाँ, और {{mvar|v}} द्वारा बढ़ाया जाता है {{mvar|dv}} इकाइयाँ।
({{EquationNote|1}}) में राशि {{mvar|ds}} को रेखा तत्व, जबकि {{math|''ds''<sup>2</sup>}} को {{mvar|M}} का [[ पहला मौलिक रूप |पहला मौलिक रूप]] कहा जाता है। सहज रूप से, यह {{math|{{vec|''r''}}(''u'', ''v'')}} द्वारा किए गए विस्थापन के वर्ग के मुख्य भाग को निरूपित करता है, जब {{mvar|u}} में {{mvar|du}} इकाई और {{mvar|v}} में {{mvar|dv}} इकाई की वृद्धि होती है।


मैट्रिक्स संकेतन का उपयोग करते हुए, पहला मौलिक रूप बन जाता है
आव्यूह संकेतन का उपयोग करते हुए, पहला मौलिक रूप इस प्रकार है
:<math>ds^2 =
:<math>ds^2 =
   \begin{bmatrix} du & dv \end{bmatrix}
   \begin{bmatrix} du & dv \end{bmatrix}
Line 50: Line 47:
   \begin{bmatrix} du \\ dv \end{bmatrix}
   \begin{bmatrix} du \\ dv \end{bmatrix}
</math>
</math>
 
=== निर्देशांक रूपान्तरण ===
 
अब माना {{mvar|u}} और {{mvar|v}} को चरों के एक और युग्म {{math|''u''′}} और {{math|''v''′}} पर निर्भर होने की अनुमति देते हुए एक भिन्न प्राचलीकरण का चयन किया जाता है। तब नए चरों के लिए ({{EquationNote|2}}) का अनुरूप निम्न है
=== समन्वय परिवर्तन ===
मान लीजिए कि अब एक अलग पैरामीटर का चयन किया जाता है, अनुमति देकर {{mvar|u}} और {{mvar|v}} चर की एक और जोड़ी पर निर्भर करने के लिए {{math|''u''′}} और {{math|''v''′}}।फिर एनालॉग ({{EquationNote|2}}) नए चर के लिए है
{{NumBlk|:|<math>
{{NumBlk|:|<math>
   E' = \vec r_{u'} \cdot \vec r_{u'}, \quad
   E' = \vec r_{u'} \cdot \vec r_{u'}, \quad
Line 60: Line 55:
</math>|{{EquationRef|2'}}}}
</math>|{{EquationRef|2'}}}}


चेन नियम संबंधित है {{math|''E''′}}, {{math|''F''′}}, और {{math|''G''′}} को {{mvar|E}}, {{mvar|F}}, और {{mvar|G}} [[ मैट्रिक्स (गणित) ]] समीकरण के माध्यम से
श्रृंखला नियम, निम्न [[ मैट्रिक्स (गणित) |आव्यूह]] समीकरण के माध्यम से {{math|''E''′}}, {{math|''F''′}}, और {{math|''G''′}} को {{mvar|E}}, {{mvar|F}}, और {{mvar|G}} से संबंधित करता है


{{NumBlk|:|<math>\begin{bmatrix} E' & F' \\ F' & G' \end{bmatrix} =
{{NumBlk|:|<math>\begin{bmatrix} E' & F' \\ F' & G' \end{bmatrix} =
Line 74: Line 69:
</math>|{{EquationRef|3}}}}
</math>|{{EquationRef|3}}}}


जहां सुपरस्क्रिप्ट टी [[ मैट्रिक्स ट्रांसपोज़ ]] को दर्शाता है।गुणांक के साथ मैट्रिक्स {{mvar|E}}, {{mvar|F}}, और {{mvar|G}} इस तरह से व्यवस्थित किया गया इसलिए समन्वय परिवर्तन के [[ जैकोबियन मैट्रिक्स ]] द्वारा बदल दिया
जहाँ सुपरस्क्रिप्ट T [[ मैट्रिक्स ट्रांसपोज़ |आव्यूह परिवर्त]] को दर्शाता है। गुणांकों {{mvar|E}}, {{mvar|F}}, और {{mvar|G}} वाले आव्यूह इस प्रकार व्यवस्थित किया जाता है, और इस प्रकार निम्न निर्देशांक परिवर्तन के [[ जैकोबियन मैट्रिक्स |जैकोबियन आव्यूह]] द्वारा रूपान्तरित किया जाता है


:<math>
:<math>
Line 81: Line 76:
     \frac{\partial v}{\partial u'} & \frac{\partial v}{\partial v'}
     \frac{\partial v}{\partial u'} & \frac{\partial v}{\partial v'}
\end{bmatrix}\,.</math>
\end{bmatrix}\,.</math>
एक मैट्रिक्स जो इस तरह से बदल जाता है, एक तरह का एक टेंसर कहा जाता है।साँचा
इस तरह से रूपांतरित होने वाला एक आव्यूह एक ऐसे प्रकार का होता है, जिसे एक टेन्सर कहा जाता है। आव्यूह


:<math>\begin{bmatrix} E & F \\ F & G \end{bmatrix}</math>
:<math>\begin{bmatrix} E & F \\ F & G \end{bmatrix}</math>
परिवर्तन कानून के साथ ({{EquationNote|3}}) को सतह के मीट्रिक टेंसर के रूप में जाना जाता है।
को रूपान्तरण नियम ({{EquationNote|3}}) के साथ सतह के मीट्रिक टेन्सर के रूप में जाना जाता है।


=== समन्वय परिवर्तनों के तहत arclength का invariance ===
=== निर्देशांक रूपांतरणों के अंतर्गत चापलम्बाई की निश्चरता ===
{{harvtxt|Ricci-Curbastro|Levi-Civita|1900}} पहले गुणांक की एक प्रणाली के महत्व को देखा {{mvar|E}}, {{mvar|F}}, और {{mvar|G}}, यह निर्देशांक की एक प्रणाली से दूसरे में पारित होने पर इस तरह से बदल गया।अपशॉट यह है कि पहला मौलिक रूप ({{EquationNote|1}}) समन्वय प्रणाली में परिवर्तन के तहत अपरिवर्तनीय है, और यह विशेष रूप से परिवर्तन गुणों से निम्नानुसार है {{mvar|E}}, {{mvar|F}}, और {{mvar|G}}।दरअसल, चेन रूल द्वारा,
{{harvtxt|रिक्की-कर्बस्त्रो|लेवी-सिविटा|1900}} ने सबसे पहले गुणांकों {{mvar|E}}, {{mvar|F}}, और {{mvar|G}} की एक प्रणाली के महत्व का अवलोकन किया, जो एक निर्देशांक प्रणाली से दूसरी निर्देशांक प्रणाली में जाने पर इस प्रकार से रूपांतरित हो गयी। परिणामस्वरूप पहला मौलिक रूप ({{EquationNote|1}}) निर्देशांक प्रणाली में परिवर्तन के तहत निश्चर होता है, और यह विशेष रूप से {{mvar|E}}, {{mvar|F}}, और {{mvar|G}} के रूपान्तरण गुणों का अनुसरण करता है। वास्तव में, श्रृंखला नियम द्वारा,


:<math>\begin{bmatrix} du \\ dv \end{bmatrix} =
:<math>\begin{bmatrix} du \\ dv \end{bmatrix} =
Line 96: Line 91:
   \begin{bmatrix} du' \\ dv' \end{bmatrix}
   \begin{bmatrix} du' \\ dv' \end{bmatrix}
</math>
</math>
ताकि
जिससे


:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
Line 125: Line 120:


=== लंबाई और कोण ===
=== लंबाई और कोण ===
गॉस द्वारा माना जाने वाला मीट्रिक टेंसर की एक और व्याख्या यह है कि यह एक ऐसा तरीका प्रदान करता है जिसमें सतह पर स्पर्शरेखा वैक्टर की लंबाई की गणना करने के लिए, साथ ही साथ दो स्पर्शरेखा वैक्टर के बीच कोण भी।समकालीन शब्दों में, मीट्रिक टेंसर सतह के पैरामीट्रिक विवरण से स्वतंत्र तरीके से स्पर्शरेखा वैक्टर के [[ डॉट उत्पाद ]] (गैर-यूक्लिडियन ज्यामिति) की गणना करने की अनुमति देता है।पैरामीट्रिक सतह के एक बिंदु पर कोई भी स्पर्शरेखा वेक्टर {{mvar|M}} रूप में लिखा जा सकता है
गॉस द्वारा भी मानी गयी मीट्रिक टेंसर की एक अन्य व्याख्या यह है कि यह सतह पर स्पर्शरेखा सदिशों की लंबाई, साथ ही दो स्पर्शरेखा सदिशों के बीच के कोण की गणना करने की एक विधि प्रदान करता है। समकालीन शब्दों में, मीट्रिक टेन्सर सतह के प्राचलिक विवरण से स्वतंत्र तरीके से स्पर्शरेखा सदिशों के [[ डॉट उत्पाद |बिंदु गुणन]] (गैर-यूक्लिडीय ज्यामिति) की गणना करने की अनुमति देता है। प्राचलिक सतह {{mvar|M}} के किसी बिंदु पर किसी भी स्पर्शरेखा सदिश को निम्न रूप में लिखा जा सकता है


:<math>\mathbf{p} = p_1\vec{r}_u + p_2\vec{r}_v</math>
:<math>\mathbf{p} = p_1\vec{r}_u + p_2\vec{r}_v</math>
उपयुक्त वास्तविक संख्या के लिए {{math|''p''<sub>1</sub>}} और {{math|''p''<sub>2</sub>}}।यदि दो स्पर्शरेखा वैक्टर दिए गए हैं:
उपयुक्त वास्तविक संख्याओं {{math|''p''<sub>1</sub>}} और {{math|''p''<sub>2</sub>}} के लिए। यदि दो स्पर्शरेखा सदिश इस प्रकार दिए गए हों:


:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
Line 134: Line 129:
   \mathbf{b} &= b_1\vec{r}_u + b_2\vec{r}_v
   \mathbf{b} &= b_1\vec{r}_u + b_2\vec{r}_v
\end{align}</math>
\end{align}</math>
फिर डॉट उत्पाद के [[ बिलिनियर परिवर्तन ]] का उपयोग करना,
फिर बिंदु गुणन की [[ बिलिनियर परिवर्तन |द्विरैखिकता]] का उपयोग करते हुए,


:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
Line 144: Line 139:
         \begin{bmatrix} b_1 \\ b_2 \end{bmatrix} \,.
         \begin{bmatrix} b_1 \\ b_2 \end{bmatrix} \,.
\end{align}</math>
\end{align}</math>
यह स्पष्ट रूप से चार चर का एक कार्य है {{math|''a''<sub>1</sub>}}, {{math|''b''<sub>1</sub>}}, {{math|''a''<sub>2</sub>}}, और {{math|''b''<sub>2</sub>}}।यह अधिक लाभप्रद रूप से देखा जाता है, हालांकि, एक फ़ंक्शन के रूप में जो तर्कों की एक जोड़ी लेता है {{math|'''a''' {{=}} [''a''<sub>1</sub> ''a''<sub>2</sub>]}} और {{math|'''b''' {{=}} [''b''<sub>1</sub> ''b''<sub>2</sub>]}} में वैक्टर हैं {{mvar|uv}}-विमान।वह है, डाल दिया
यह स्पष्ट रूप से चार चरों {{math|''a''<sub>1</sub>}}, {{math|''b''<sub>1</sub>}}, {{math|''a''<sub>2</sub>}}, और {{math|''b''<sub>2</sub>}} का एक फलन है। हालाँकि, इसे एक ऐसे फलन के रूप में अधिक लाभप्रद रूप से देखा जाता है, जो कोणांकों के एक युग्म {{math|'''a''' {{=}} [''a''<sub>1</sub> ''a''<sub>2</sub>]}} और {{math|'''b''' {{=}} [''b''<sub>1</sub> ''b''<sub>2</sub>]}} को ग्रहण करता है, जो {{mvar|uv}}-समतल में सदिश हैं। अर्थात्, निम्न का मान रखने पर


:<math>g(\mathbf{a}, \mathbf{b}) = a_1b_1 E + a_1b_2 F + a_2b_1 F + a_2b_2G \,.</math>
:<math>g(\mathbf{a}, \mathbf{b}) = a_1b_1 E + a_1b_2 F + a_2b_1 F + a_2b_2G \,.</math>
यह एक [[ सममित कार्य ]] है {{math|'''a'''}} और {{math|'''b'''}}, जिसका अर्थ है कि
यह {{math|'''a'''}} और {{math|'''b'''}} में एक [[ सममित कार्य |सममित फलन]] है, जिसका अर्थ है


:<math>g(\mathbf{a}, \mathbf{b}) = g(\mathbf{b}, \mathbf{a})\,.</math>
:<math>g(\mathbf{a}, \mathbf{b}) = g(\mathbf{b}, \mathbf{a})\,.</math>
यह बिलिनियर रूप भी है, जिसका अर्थ है कि यह प्रत्येक चर में [[ रैखिक कार्यात्मक ]] है {{math|'''a'''}} और {{math|'''b'''}} अलग से।वह है,
यह द्विरेखीय भी है, जिसका अर्थ है कि यह प्रत्येक चर {{math|'''a'''}} और {{math|'''b'''}} में अलग-अलग [[ रैखिक कार्यात्मक |रैखिक]] है। अर्थात्,


:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
Line 156: Line 151:
   g\left(\mathbf{a}, \lambda\mathbf{b} + \mu\mathbf{b}'\right) &= \lambda g(\mathbf{a}, \mathbf{b}) + \mu g\left(\mathbf{a}, \mathbf{b}'\right)
   g\left(\mathbf{a}, \lambda\mathbf{b} + \mu\mathbf{b}'\right) &= \lambda g(\mathbf{a}, \mathbf{b}) + \mu g\left(\mathbf{a}, \mathbf{b}'\right)
\end{align}</math>
\end{align}</math>
किसी भी वैक्टर के लिए {{math|'''a'''}}, {{math|'''a'''′}}, {{math|'''b'''}}, और {{math|'''b'''′}} में {{mvar|uv}} विमान, और कोई भी वास्तविक संख्या {{mvar|μ}} और {{mvar|λ}}
{{mvar|uv}}-समतल में किन्हीं सदिशों {{math|'''a'''}}, {{math|'''a'''′}}, {{math|'''b'''}}, और {{math|'''b'''′}}, और किसी वास्तविक संख्या {{mvar|μ}} और {{mvar|λ}} के लिए।


विशेष रूप से, एक स्पर्शरेखा वेक्टर की लंबाई {{math|'''a'''}} द्वारा दिया गया है
विशेष रूप से, एक स्पर्शरेखा सदिश {{math|'''a'''}} की लंबाई इस प्रकार है


:<math> \left\| \mathbf{a} \right\| = \sqrt{g(\mathbf{a}, \mathbf{a})}</math>
:<math> \left\| \mathbf{a} \right\| = \sqrt{g(\mathbf{a}, \mathbf{a})}</math>
और कोण {{mvar|θ}} दो वैक्टर के बीच {{math|'''a'''}} और {{math|'''b'''}} द्वारा गणना की जाती है
और दो सदिशों {{math|'''a'''}} और {{math|'''b'''}} के बीच के कोण {{mvar|θ}} की गणना इस प्रकार की जाती है


:<math>\cos(\theta) = \frac{g(\mathbf{a}, \mathbf{b})}{ \left\| \mathbf{a} \right\| \left\| \mathbf{b} \right\| } \,.</math>
:<math>\cos(\theta) = \frac{g(\mathbf{a}, \mathbf{b})}{ \left\| \mathbf{a} \right\| \left\| \mathbf{b} \right\| } \,.</math>
 
=== क्षेत्रफल ===
 
सतह का क्षेत्रफल ऐसी एक अन्य संख्यात्मक राशि है जो केवल सतह पर ही निर्भर होनी चाहिए, न कि इस पर कि यह कैसे प्राचलीकृत है। यदि सतह {{mvar|M}}, {{mvar|uv}}-समतल में प्रांत {{mvar|D}} पर फलन {{math|{{vec|''r''}}(''u'', ''v'')}} द्वारा प्राचलीकृत है, तो {{mvar|M}} की सतह का क्षेत्रफल निम्न समाकल द्वारा दिया जाता है
=== क्षेत्र ===
सतह क्षेत्र एक और संख्यात्मक मात्रा है जो केवल सतह पर ही निर्भर होनी चाहिए, न कि इस पर कि यह कैसे पैरामीटर है।यदि सतह {{mvar|M}} फ़ंक्शन द्वारा पैरामीटर किया गया है {{math|{{vec|''r''}}(''u'', ''v'')}} डोमेन के ऊपर {{mvar|D}} में {{mvar|uv}}-प्लेन, फिर सतह क्षेत्र {{mvar|M}} अभिन्न द्वारा दिया जाता है


:<math>\iint_D \left|\vec{r}_u \times \vec{r}_v\right|\,du\,dv</math>
:<math>\iint_D \left|\vec{r}_u \times \vec{r}_v\right|\,du\,dv</math>
कहां {{math|×}} क्रॉस उत्पाद को दर्शाता है, और निरपेक्ष मान यूक्लिडियन अंतरिक्ष में एक वेक्टर की लंबाई को दर्शाता है।क्रॉस उत्पाद के लिए Lagrange की पहचान से, अभिन्न लिखा जा सकता है
जहाँ {{math|×}}, क्रॉस (सदिश) गुणन को दर्शाता है, और निरपेक्ष मान यूक्लिडीय अंतरिक्ष में एक सदिश की लंबाई को दर्शाता है। क्रॉस गुणन के लिए लैग्रेंज की सर्वसमिका से, इस समाकल को इस प्रकार लिखा जा सकता है


:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
Line 177: Line 170:
   ={} &\iint_D \sqrt{\det \begin{bmatrix} E & F \\ F & G \end{bmatrix}}\, du\, dv
   ={} &\iint_D \sqrt{\det \begin{bmatrix} E & F \\ F & G \end{bmatrix}}\, du\, dv
\end{align}</math>
\end{align}</math>
कहां {{math|det}} निर्धारक है।
जहाँ {{math|det}}, सारणिक है।


== परिभाषा ==
== परिभाषा ==
होने देना {{mvar|M}} आयाम का एक चिकनी कई गुना हो {{mvar|n}};उदाहरण के लिए एक सतह (अंतर ज्यामिति) (मामले में {{math|1=''n'' = 2}}) या कार्टेशियन अंतरिक्ष में [[ ऊनविम पृष्ठ ]] <math>\R^{n+1}</math>।प्रत्येक बिंदु पर {{math|''p'' ∈ ''M''}} एक [[ सदिश स्थल ]] है {{math|T<sub>''p''</sub>''M''}}, स्पर्शरेखा स्थान कहा जाता है, जिसमें सभी स्पर्शरेखा वैक्टर शामिल हैं {{mvar|p}}।पर एक मीट्रिक टेंसर {{mvar|p}} एक फ़ंक्शन है {{math|''g''<sub>''p''</sub>(''X''<sub>''p''</sub>, ''Y''<sub>''p''</sub>)}} जो स्पर्शरेखा वैक्टर की एक जोड़ी को इनपुट के रूप में लेता है {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} और {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}} पर {{mvar|p}}, और आउटपुट के रूप में एक वास्तविक संख्या ([[ स्केलर (गणित) ]]) के रूप में उत्पादन करता है, ताकि निम्नलिखित शर्तें संतुष्ट हों:
माना {{mvar|M}}, {{mvar|n}} विमाओं, उदाहरण के लिए कार्तीय तल <math>\R^{n+1}</math> में एक सतह ({{math|1=''n'' = 2}} की स्थिति में) या [[ ऊनविम पृष्ठ |हाइपरसफेस]], वाला एक निष्कोण मैनिफोल्ड है। प्रत्येक बिंदु {{math|''p'' ∈ ''M''}} पर एक [[ सदिश स्थल |सदिश अंतरिक्ष]] {{math|T<sub>''p''</sub>''M''}} होता है, जिसे स्पर्शरेखा समष्टि कहा जाता है, जिसमें सभी स्पर्शरेखा सदिश मैनिफोल्ड के बिंदु {{mvar|p}} पर होते हैं। {{mvar|p}} पर एक मीट्रिक टेंसर एक फलन {{math|''g''<sub>''p''</sub>(''X''<sub>''p''</sub>, ''Y''<sub>''p''</sub>)}} है जो {{mvar|p}} पर स्पर्शरेखा सदिशों {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} और {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}} के एक युग्म को इनपुट के रूप में ग्रहण करता है, और आउटपुट के रूप में एक वास्तविक संख्या ([[ स्केलर (गणित) |अदिश]]) प्रदान करता है, जिससे निम्नलिखित शर्तों को पूरा किया जा सके:
* {{math|''g''<sub>''p''</sub>}} बिलिनियर रूप है।दो वेक्टर तर्कों का एक कार्य बिलिनियर है यदि यह प्रत्येक तर्क में अलग से रैखिक है।इस प्रकार अगर {{math|''U''<sub>''p''</sub>}}, {{math|''V''<sub>''p''</sub>}}, {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}} पर तीन स्पर्शरेखा वैक्टर हैं {{mvar|p}} और {{mvar|a}} और {{mvar|b}} वास्तविक संख्याएं हैं, फिर <math display="block">\begin{align}
*{{math|''g''<sub>''p''</sub>}}, द्विरेखीय है। दो सदिश कोणांकों का एक फलन द्विरेखीय होता है यदि यह प्रत्येक कोणांक में पृथक रूप से रैखिक हो। इस प्रकार यदि {{math|''U''<sub>''p''</sub>}}, {{math|''V''<sub>''p''</sub>}} और {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}}, बिंदु {{mvar|p}} पर तीन स्पर्शरेखा सदिश हैं और {{mvar|a}} और {{mvar|b}} वास्तविक संख्याएँ हैं, तब<math display="block">\begin{align}
   g_p(aU_p + bV_p, Y_p) &= ag_p(U_p, Y_p) + bg_p(V_p, Y_p) \,, \quad \text{and} \\
   g_p(aU_p + bV_p, Y_p) &= ag_p(U_p, Y_p) + bg_p(V_p, Y_p) \,, \quad \text{औ  र} \\
   g_p(Y_p, aU_p + bV_p) &= ag_p(Y_p, U_p) + bg_p(Y_p, V_p) \,.
   g_p(Y_p, aU_p + bV_p) &= ag_p(Y_p, U_p) + bg_p(Y_p, V_p) \,.
\end{align}</math>
\end{align}</math>
* {{math|''g''<sub>''p''</sub>}} सममित कार्य है।<ref>In several formulations of [[classical unified field theories]], the metric tensor was allowed to be non-symmetric; however, the antisymmetric part of such a tensor plays no role in the contexts described here, so it will not be further considered.</ref> दो वेक्टर तर्कों का एक कार्य सममित है, बशर्ते सभी वैक्टर के लिए {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} और {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}}, <math display="block">g_p(X_p, Y_p) = g_p(Y_p, X_p)\,.</math>
*{{math|''g''<sub>''p''</sub>}}, सममित है।<ref>In several formulations of [[classical unified field theories]], the metric tensor was allowed to be non-symmetric; however, the antisymmetric part of such a tensor plays no role in the contexts described here, so it will not be further considered.</ref> दो सदिश कोणांकों का एक फलन सममित होता है यदि सभी सदिशों {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} और {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}} के लिए,<math display="block">g_p(X_p, Y_p) = g_p(Y_p, X_p)\,.</math>
* {{math|''g''<sub>''p''</sub>}} [[ nondegenerate ]] है।एक बिलिनियर फ़ंक्शन nondegenerate है, बशर्ते कि, हर स्पर्शरेखा वेक्टर के लिए {{math|''X''<sub>''p''</sub> ≠ 0}}, कार्यक्रम <math display="block">Y_p \mapsto g_p(X_p,Y_p)</math> होल्डिंग द्वारा प्राप्त किया गया {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} निरंतर और अनुमति {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}} अलग -अलग करने के लिए पहचान शून्य नहीं है।वह है, हर के लिए {{math|''X''<sub>''p''</sub> ≠ 0}} वहाँ मौजूद है {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}} ऐसा है कि {{math|''g''<sub>''p''</sub>(''X''<sub>''p''</sub>, ''Y''<sub>''p''</sub>) ≠ 0}}
*{{math|''g''<sub>''p''</sub>}}, [[ nondegenerate |अपभ्रष्ट]] है। एक द्विरेखीय फलन अपभ्रष्ट होता है, यदि प्रत्येक स्पर्शरेखा सदिश {{math|''X''<sub>''p''</sub> ≠ 0}} के लिए, फलन<math display="block">Y_p \mapsto g_p(X_p,Y_p)</math>जो {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} को स्थिर रखते हुए और {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}} को परिवर्तित होने की अनुमति देकर प्राप्त किया गया समान रूप से शून्य नहीं है। अर्थात्, प्रत्येक {{math|''X''<sub>''p''</sub> ≠ 0}} के लिए एक ऐसे {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}} का अस्तित्व होता है कि {{math|''g''<sub>''p''</sub>(''X''<sub>''p''</sub>, ''Y''<sub>''p''</sub>) ≠ 0}}


एक मीट्रिक टेंसर क्षेत्र {{mvar|g}} पर {{mvar|M}} प्रत्येक बिंदु को असाइन करता है {{mvar|p}} का {{mvar|M}} एक मीट्रिक टेंसर {{math|''g''<sub>''p''</sub>}} पर स्पर्शरेखा अंतरिक्ष में {{mvar|p}} एक तरह से जो चिकनी कार्य के साथ भिन्न होता है {{mvar|p}}।अधिक सटीक रूप से, किसी भी खुले सेट को देखते हुए {{mvar|U}} गुना {{mvar|M}} और कोई भी (चिकनी) [[ वेक्टर क्षेत्र ]] {{mvar|X}} और {{mvar|Y}} पर {{mvar|U}}, वास्तविक कार्य
{{mvar|M}} पर एक मीट्रिक टेन्सर क्षेत्र {{mvar|g}}, {{mvar|M}} के प्रत्येक बिंदु {{mvar|p}} को {{mvar|p}} पर स्पर्शरेखा समष्टि में एक मीट्रिक टेंसर {{math|''g''<sub>''p''</sub>}} को इस तरह से आवंटित करता है जो आसानी से {{mvar|p}} के साथ परिवर्तित होता रहता है। अधिक यथार्थ रूप से, {{mvar|U}} पर मैनिफोल्ड {{mvar|M}} और किसी भी (निष्कोण) [[ सदिश क्षेत्र | सदिश क्षेत्र]] {{mvar|X}} और {{mvar|Y}} के किसी भी खुले उपसमुच्चय को देखते हुए, वास्तविक फलन<math display="block">g(X, Y)(p) = g_p(X_p, Y_p)</math>{{mvar|p}} का एक सरल फलन है।
<math display="block">g(X, Y)(p) = g_p(X_p, Y_p)</math>
का एक चिकनी कार्य है {{mvar|p}}


== मीट्रिक के घटक ==
== मीट्रिक के घटक ==
{{Hatnote|This section assumes some familiarity with [[coordinate vector]]s.}}
{{Hatnote|यह खंड [[निर्देशांक सदिश]] के बारे में कुछ जानकारी रखता है।}}
वेक्टर फ़ील्ड के वेक्टर स्पेस, या [[ फ्रेम बंडल ]] के किसी भी आधार में मीट्रिक के घटक, {{math|'''f''' {{=}}  (''X''<sub>1</sub>, ..., ''X''<sub>''n''</sub>)}} द्वारा दिए गए हैं<ref>The notation of using square brackets to denote the basis in terms of which the components are calculated is not universal. The notation employed here is modeled on that of {{harvtxt|Wells|1980}}. Typically, such explicit dependence on the basis is entirely suppressed.</ref>
सदिश क्षेत्रों, या [[ फ्रेम बंडल |फ्रेम]], {{math|'''f''' {{=}}  (''X''<sub>1</sub>, ..., ''X''<sub>''n''</sub>)}} के किसी भी आधार में मीट्रिक के घटक<ref>The notation of using square brackets to denote the basis in terms of which the components are calculated is not universal. The notation employed here is modeled on that of {{harvtxt|Wells|1980}}. Typically, such explicit dependence on the basis is entirely suppressed.</ref> इस प्रकार दिए गए हैं
{{NumBlk|:|<math>g_{ij}[\mathbf{f}] = g\left(X_i, X_j\right).</math>|{{EquationRef|4}}}} {{math|''n''<sup>2</sup>}} }} फ़ंक्शन {{math|''g''<sub>''ij''</sub>['''f''']}} की प्रविष्टियों को बनाएं {{math|''n'' × ''n''}} सममित मैट्रिक्स, {{math|''G''['''f''']}}।यदि
{{NumBlk|:|<math>g_{ij}[\mathbf{f}] = g\left(X_i, X_j\right).</math>|{{EquationRef|4}}}}''n<sup>2</sup>'' फलन {{math|(''g''<sub>''ij''</sub>['''f'''])}} एक {{math|''n'' × ''n''}} सममित आव्यूह, {{math|''G''['''f''']}} की प्रविष्टियाँ बनाते हैं। यदि
:<math>v = \sum_{i=1}^n v^iX_i \,, \quad w = \sum_{i=1}^n w^iX_i</math>
:<math>v = \sum_{i=1}^n v^iX_i \,, \quad w = \sum_{i=1}^n w^iX_i</math>
पर दो वैक्टर हैं {{math|''p'' ∈ ''U''}}, फिर मीट्रिक के मूल्य पर लागू किया गया {{mvar|v}} और {{mvar|w}} गुणांक द्वारा निर्धारित किया जाता है ({{EquationNote|4}}) बिलिनियरिटी द्वारा:
{{math|''p'' ∈ ''U''}} पर दो सदिश हैं, तो {{mvar|v}} और {{mvar|w}} पर लागू मीट्रिक का मान गुणांक ({{EquationNote|4}}) द्वारा द्विरैखिकता द्वारा निर्धारित किया जाता है:


:<math>g(v, w) = \sum_{i,j=1}^n v^iw^jg\left(X_i,X_j\right) = \sum_{i,j=1}^n v^iw^jg_{ij}[\mathbf{f}]</math>
:<math>g(v, w) = \sum_{i,j=1}^n v^iw^jg\left(X_i,X_j\right) = \sum_{i,j=1}^n v^iw^jg_{ij}[\mathbf{f}]</math>
मैट्रिक्स (गणित) को दर्शाते हुए {{math|(''g''<sub>''ij''</sub>['''f'''])}} द्वारा {{math|''G''['''f''']}} और वैक्टर के घटकों की व्यवस्था करना {{mvar|v}} और {{mvar|w}} स्तंभ वैक्टर में {{math|'''v'''['''f''']}} और {{math|'''w'''['''f''']}},
आव्यूह {{math|(''g''<sub>''ij''</sub>['''f'''])}} को {{math|''G''['''f''']}} द्वारा निरूपित करते हुए और सदिश {{mvar|v}} और {{mvar|w}} के घटकों को स्तम्भ सदिशों {{math|'''v'''['''f''']}} और {{math|'''w'''['''f''']}} में व्यवस्थित करते हुए,


:<math>g(v,w) = \mathbf{v}[\mathbf{f}]^\mathsf{T} G[\mathbf{f}] \mathbf{w}[\mathbf{f}] = \mathbf{w}[\mathbf{f}]^\mathsf{T} G[\mathbf{f}]\mathbf{v}[\mathbf{f}]</math>
:<math>g(v,w) = \mathbf{v}[\mathbf{f}]^\mathsf{T} G[\mathbf{f}] \mathbf{w}[\mathbf{f}] = \mathbf{w}[\mathbf{f}]^\mathsf{T} G[\mathbf{f}]\mathbf{v}[\mathbf{f}]</math>
कहां {{math|'''v'''['''f''']}}<sup>T </sup> और {{math|'''w'''['''f''']}}<sup>T </sup> वैक्टर के मैट्रिक्स ट्रांसपोज़ को दर्शाता है {{math|'''v'''['''f''']}} और {{math|'''w'''['''f''']}}, क्रमश।फॉर्म के आधार के परिवर्तन के तहत
जहाँ {{math|'''v'''['''f''']}}<sup>T</sup> और {{math|'''w'''['''f''']}}<sup>T</sup> क्रमशः सदिशों {{math|'''v'''['''f''']}} और {{math|'''w'''['''f''']}} के परिवर्त को दर्शाते हैं। रूप के आधार में परिवर्तन के तहत


:<math>\mathbf{f}\mapsto \mathbf{f}' = \left(\sum_k X_ka_{k1},\dots,\sum_k X_ka_{kn}\right) = \mathbf{f}A</math>
:<math>\mathbf{f}\mapsto \mathbf{f}' = \left(\sum_k X_ka_{k1},\dots,\sum_k X_ka_{kn}\right) = \mathbf{f}A</math>
कुछ उल्टे मैट्रिक्स के लिए {{math|''n'' × ''n''}} आव्यूह {{math|''A'' {{=}} (''a''<sub>''ij''</sub>)}}, मीट्रिक के घटकों के मैट्रिक्स द्वारा परिवर्तन {{mvar|A}} भी।वह है,
कुछ व्युत्क्रमणीय {{math|''n'' × ''n''}} आव्यूहों {{math|''A'' {{=}} (''a''<sub>''ij''</sub>)}} के लिए, मीट्रिक के घटकों का आव्यूह {{mvar|A}} द्वारा भी परिवर्तित होता है। अर्थात्


:<math>G[\mathbf{f}A] = A^\mathsf{T} G[\mathbf{f}]A</math>
:<math>G[\mathbf{f}A] = A^\mathsf{T} G[\mathbf{f}]A</math>
या, इस मैट्रिक्स की प्रविष्टियों के संदर्भ में,
या, इस आव्यूह की प्रविष्टियों के पदों में,


:<math>g_{ij}[\mathbf{f}A] = \sum_{k,l=1}^n a_{ki}g_{kl}[\mathbf{f}]a_{lj} \, .</math>
:<math>g_{ij}[\mathbf{f}A] = \sum_{k,l=1}^n a_{ki}g_{kl}[\mathbf{f}]a_{lj} \, .</math>
इस कारण से, मात्रा की प्रणाली {{math|''g''<sub>''ij''</sub>['''f''']}} कहा जाता है कि फ्रेम में परिवर्तन के संबंध में सहसंयोजक रूप से बदलना {{math|'''f'''}}
इस कारण से, राशियों {{math|''g''<sub>''ij''</sub>['''f''']}} के निकाय को फ्रेम {{math|'''f'''}} में परिवर्तनों के सापेक्ष सहपरिवर्ती रूप से रूपांतरित करने वाला कहा जाता है।


=== निर्देशांक में मीट्रिक ===
=== निर्देशांक में मीट्रिक ===
की एक प्रणाली {{mvar|n}} वास्तविक मूल्यवान कार्य {{math|(''x''<sup>1</sup>, ..., ''x''<sup>''n''</sup>)}}, एक खुले सेट पर एक [[ स्थानीय निर्देशांक ]] देना {{mvar|U}} में {{mvar|M}}, वेक्टर क्षेत्रों का एक आधार निर्धारित करता है {{mvar|U}}
{{mvar|n}} वास्तविक-मान फलनों {{math|(''x''<sup>1</sup>, ..., ''x''<sup>''n''</sup>)}} का एक निकाय, {{mvar|M}} में एक खुले समुच्चय {{mvar|U}} पर [[ स्थानीय निर्देशांक |स्थानीय निर्देशांक प्रणाली]] प्रदान करते हुए, {{mvar|U}} पर सदिश क्षेत्र का आधार निर्धारित करता है
:<math>\mathbf{f} = \left(X_1 = \frac{\partial}{\partial x^1}, \dots, X_n = \frac{\partial}{\partial x^n}\right) \,.</math>
:<math>\mathbf{f} = \left(X_1 = \frac{\partial}{\partial x^1}, \dots, X_n = \frac{\partial}{\partial x^n}\right) \,.</math>
मीट्रिक {{mvar|g}} इस फ्रेम के सापेक्ष घटक हैं
मीट्रिक {{mvar|g}} में इस फ़्रेम के सापेक्ष घटक होते हैं जो इस प्रकार हैं
:<math>g_{ij}\left[\mathbf{f}\right] = g\left(\frac{\partial}{\partial x^i}, \frac{\partial}{\partial x^j}\right) \,.</math>
:<math>g_{ij}\left[\mathbf{f}\right] = g\left(\frac{\partial}{\partial x^i}, \frac{\partial}{\partial x^j}\right) \,.</math>
स्थानीय निर्देशांक की एक नई प्रणाली के सापेक्ष, कहते हैं
स्थानीय निर्देशांकों की एक नई प्रणाली के सापेक्ष, माना
:<math>y^i = y^i(x^1, x^2, \dots, x^n),\quad i=1,2,\dots,n</math>
:<math>y^i = y^i(x^1, x^2, \dots, x^n),\quad i=1,2,\dots,n</math>
मीट्रिक टेंसर गुणांक के एक अलग मैट्रिक्स का निर्धारण करेगा,
मीट्रिक टेन्सर गुणांकों का एक अलग आव्यूह निर्धारित करता है,
:<math>g_{ij}\left[\mathbf{f}'\right] = g\left(\frac{\partial}{\partial y^i}, \frac{\partial}{\partial y^j}\right).</math>
:<math>g_{ij}\left[\mathbf{f}'\right] = g\left(\frac{\partial}{\partial y^i}, \frac{\partial}{\partial y^j}\right).</math>
कार्यों की यह नई प्रणाली मूल से संबंधित है {{math|''g''<sub>''ij''</sub>('''f''')}} श्रृंखला नियम के माध्यम से
फलनों का यह नया निकाय श्रृंखला नियम के माध्यम से मूल {{math|''g''<sub>''ij''</sub>('''f''')}} से संबंधित है
:<math>\frac{\partial}{\partial y^i} = \sum_{k=1}^n \frac{\partial x^k}{\partial y^i}\frac{\partial}{\partial x^k}</math>
:<math>\frac{\partial}{\partial y^i} = \sum_{k=1}^n \frac{\partial x^k}{\partial y^i}\frac{\partial}{\partial x^k}</math>
ताकि
जिससे
:<math>g_{ij}\left[\mathbf{f}'\right] = \sum_{k,l=1}^n \frac{\partial x^k}{\partial y^i} g_{kl}\left[\mathbf{f}\right]\frac{\partial x^l}{\partial y^j}.</math>
:<math>g_{ij}\left[\mathbf{f}'\right] = \sum_{k,l=1}^n \frac{\partial x^k}{\partial y^i} g_{kl}\left[\mathbf{f}\right]\frac{\partial x^l}{\partial y^j}.</math>
या, मैट्रिस के संदर्भ में {{math|''G''['''f'''] {{=}} (''g''<sub>''ij''</sub>['''f'''])}} और {{math|''G''['''f'''′] {{=}} (''g''<sub>''ij''</sub>['''f'''′])}},
या, आव्यूह {{math|''G''['''f'''] {{=}} (''g''<sub>''ij''</sub>['''f'''])}} और {{math|''G''['''f'''′] {{=}} (''g''<sub>''ij''</sub>['''f'''′])}} के संदर्भ में,
:<math>G\left[\mathbf{f}'\right] = \left((Dy)^{-1}\right)^\mathsf{T} G\left[\mathbf{f}\right] (Dy)^{-1}</math>
:<math>G\left[\mathbf{f}'\right] = \left((Dy)^{-1}\right)^\mathsf{T} G\left[\mathbf{f}\right] (Dy)^{-1}</math>
कहां {{mvar|Dy}} समन्वय परिवर्तन के जैकबियन मैट्रिक्स को दर्शाता है।
जहाँ {{mvar|Dy}} निर्देशांक परिवर्तन के जैकोबियन आव्यूह को दर्शाता है।


=== एक मीट्रिक का हस्ताक्षर ===
=== एक मीट्रिक का संकेतक ===
{{main|Metric signature}}
{{main|मीट्रिक संकेतक}}
किसी भी मीट्रिक टेंसर से संबंधित प्रत्येक स्पर्शरेखा अंतरिक्ष में परिभाषित द्विघात रूप है
किसी भी मीट्रिक टेन्सर से संबंधित एक ऐसा द्विघात रूप है जिसे प्रत्येक स्पर्शरेखा समष्टि में इस प्रकार परिभाषित किया गया है


:<math>q_m(X_m) = g_m(X_m,X_m) \,, \quad X_m\in T_mM.</math>
:<math>q_m(X_m) = g_m(X_m,X_m) \,, \quad X_m\in T_mM.</math>
यदि {{math|''q''<sub>''m''</sub>}} सभी गैर-शून्य के लिए सकारात्मक है {{math|''X''<sub>''m''</sub>}}, तो मीट्रिक [[ निश्चित बिलिनियर रूप ]] है {{mvar|m}}।यदि मीट्रिक हर पर सकारात्मक-परिभाषा है {{math|''m'' ∈ ''M''}}, तब {{mvar|g}} एक [[ रिमैनियन मीट्रिक ]] कहा जाता है।अधिक आम तौर पर, यदि द्विघात रूप {{math|''q''<sub>''m''</sub>}} एक द्विघात रूप के निरंतर हस्ताक्षर के पास स्वतंत्र है {{mvar|m}}, फिर हस्ताक्षर {{mvar|g}} क्या यह हस्ताक्षर है, और {{mvar|g}} एक [[ छद्म-रीमेनियन मीट्रिक ]] कहा जाता है।<ref>{{harvnb|Dodson|Poston|1991|loc=Chapter VII §3.04}}</ref> यदि {{mvar|M}} [[ जुड़ा हुआ स्थान ]] है, फिर हस्ताक्षर {{mvar|q<sub>m</sub>}} इस पर निर्भर नहीं करता है {{mvar|m}}.<ref>{{harvnb|Vaughn|2007|loc=§3.4.3}}</ref>
यदि {{math|''q''<sub>''m''</sub>}} सभी अशून्य {{math|''X''<sub>''m''</sub>}} के लिए धनात्मक है, तो मीट्रिक {{mvar|m}} पर धनात्मक-[[ निश्चित बिलिनियर रूप |निश्चित]] होता है। यदि मीट्रिक प्रत्येक {{math|''m'' ∈ ''M''}} पर धनात्मक-निश्चित है, तो {{mvar|g}} को [[ रिमैनियन मीट्रिक |रीमैनियन मीट्रिक]] कहा जाता है। अधिक सामान्यतः, यदि द्विघात रूपों {{math|''q''<sub>''m''</sub>}} में {{mvar|m}} से स्वतंत्र स्थिर संकेतक होते हैं, तो {{mvar|g}} का संकेतक यह संकेतक होता है, और {{mvar|g}} को [[ छद्म-रीमेनियन मीट्रिक |छद्म-रीमैनियन मीट्रिक]] कहा जाता है।<ref>{{harvnb|Dodson|Poston|1991|loc=Chapter VII §3.04}}</ref> यदि {{mvar|M}} [[ जुड़ा हुआ स्थान |जुड़ा]] हुआ है, तो {{mvar|q<sub>m</sub>}} का संकेतक {{mvar|m}} पर निर्भर नहीं करता है।<ref>{{harvnb|Vaughn|2007|loc=§3.4.3}}</ref>
सिल्वेस्टर के कानून के कानून द्वारा, स्पर्शरेखा वैक्टर का एक आधार {{math|''X''<sub>''i''</sub>}} स्थानीय रूप से चुना जा सकता है ताकि द्विघात रूप निम्नलिखित तरीके से विकर्ण हो जाए
 
सिल्वेस्टर के जड़त्व के नियम से, स्पर्शरेखा सदिशों {{math|''X''<sub>''i''</sub>}} के आधार को स्थानीय रूप से चुना जा सकता है जिससे द्विघात रूप निम्नलिखित तरीके से विकर्णित हो,


:<math>q_m\left(\sum_i\xi^iX_i\right) = \left(\xi^1\right)^2+\left(\xi^2\right)^2+\cdots+\left(\xi^p\right)^2 - \left(\xi^{p+1}\right)^2-\cdots-\left(\xi^n\right)^2</math>
:<math>q_m\left(\sum_i\xi^iX_i\right) = \left(\xi^1\right)^2+\left(\xi^2\right)^2+\cdots+\left(\xi^p\right)^2 - \left(\xi^{p+1}\right)^2-\cdots-\left(\xi^n\right)^2</math>
कुछ के लिए {{mvar|p}} 1 और के बीच {{mvar|n}}।के किसी भी दो भाव {{mvar|q}} (एक ही बिंदु पर {{mvar|m}} का {{mvar|M}}) एक ही संख्या होगी {{mvar|p}} सकारात्मक संकेतों की।के हस्ताक्षर {{mvar|g}} पूर्णांक की जोड़ी है {{math|(''p'', ''n'' − ''p'')}}, यह बताते हुए कि वहाँ हैं {{mvar|p}} सकारात्मक संकेत और {{math|''n'' − ''p''}} ऐसी किसी भी अभिव्यक्ति में नकारात्मक संकेत।समान रूप से, मीट्रिक में हस्ताक्षर हैं {{math|(''p'', ''n'' − ''p'')}} अगर मैट्रिक्स {{math|''g''<sub>''ij''</sub>}} मीट्रिक के पास है {{mvar|p}} सकारात्मक और {{math|''n'' − ''p''}} नकारात्मक [[ eigenvalue ]]s।
1 और {{mvar|n}} के बीच किसी {{mvar|p}} के लिए। {{mvar|q}} के ऐसे किन्हीं दो व्यंजकों ({{mvar|M}} के समान बिंदु {{mvar|m}} पर) में धनात्मक चिह्नों की समान संख्या {{mvar|p}} होती है। {{mvar|g}} का संकेतक पूर्णांक {{math|(''p'', ''n'' − ''p'')}} का युग्म है, जो यह दर्शाता है कि ऐसे किसी भी व्यंजक में {{mvar|p}} धनात्मक चिह्न और {{math|''n'' − ''p''}} ऋणात्रामक संकेत होते हैं। समतुल्य रूप से, मीट्रिक में {{math|(''p'', ''n'' − ''p'')}} संकेतक होता है यदि मीट्रिक के आव्यूह {{math|''g''<sub>''ij''</sub>}} में {{mvar|p}} धनात्मक और {{math|''n'' − ''p''}} ऋणात्मक [[ eigenvalue |अभिलाक्षणिक मान]] ​​होते हैं।


कुछ मीट्रिक हस्ताक्षर जो अनुप्रयोगों में अक्सर उत्पन्न होते हैं:
कुछ मीट्रिक संकेतक जो प्रायः अनुप्रयोगों में उत्पन्न होते हैं:
* यदि {{mvar|g}} हस्ताक्षर है {{math|(''n'', 0)}}, तब {{mvar|g}} एक riemannian मीट्रिक है, और {{mvar|M}} एक रिमैनियन कई गुना कहा जाता है।अन्यथा, {{mvar|g}} एक छद्म रीमैनियन मीट्रिक है, और {{mvar|M}} एक [[ छद्म-रीमैनियन मैनिफोल्ड ]] कहा जाता है (शब्द अर्ध-रीमैनियन शब्द का भी उपयोग किया जाता है)।
*यदि {{mvar|g}} में संकेतक {{math|(''n'', 0)}} है, तो {{mvar|g}} एक रीमैनियन मीट्रिक होता है, और {{mvar|M}} को रीमैनियन मैनिफोल्ड कहा जाता है। अन्यथा, {{mvar|g}} एक छद्म-रीमैनियन मीट्रिक होता है, और {{mvar|M}} को एक [[ छद्म-रीमैनियन मैनिफोल्ड |छद्म-रीमैनियन मैनिफोल्ड]] कहा जाता है (इसके लिए अर्द्ध-रीमैनियन शब्द का भी उपयोग किया जाता है)।
* यदि {{mvar|M}} हस्ताक्षर के साथ चार आयामी है {{math|(1, 3)}} या {{math|(3, 1)}}, फिर मीट्रिक को [[ लोरेंट्ज़ियन मीट्रिक ]] कहा जाता है।अधिक आम तौर पर, आयाम में एक मीट्रिक टेंसर {{mvar|n}} हस्ताक्षर के 4 से अन्य {{math|(1, ''n'' − 1)}} या {{math|(''n'' − 1, 1)}} कभी -कभी लोरेंट्ज़ियन भी कहा जाता है।
*यदि {{mvar|M}}, संकेतक {{math|(1, 3)}} या {{math|(3, 1)}} के साथ चार विमीय है, तो मीट्रिक को [[ लोरेंट्ज़ियन मीट्रिक |लोरेंट्ज़ियन मीट्रिक]] कहा जाता है। अधिक सामान्यतः, 4 के अतिरिक्त विमा {{mvar|n}} में संकेतक {{math|(1, ''n'' − 1)}} या {{math|(''n'' − 1, 1)}} के एक मीट्रिक टेन्सर को कभी-कभी [[ लोरेंट्ज़ियन मीट्रिक |लोरेंट्ज़ियन]] भी कहा जाता है।
* यदि {{mvar|M}} है {{math|2''n''}}-माद और {{mvar|g}} हस्ताक्षर है {{math|(''n'', ''n'')}}, फिर मीट्रिक को [[ अल्ट्राहेरबोलिक मीट्रिक ]] कहा जाता है।
*यदि {{mvar|M}}, {{math|2''n''}}-विमीय है और {{math|(''n'', ''n'')}}, {{mvar|g}} का संकेतक है, तो मीट्रिक को [[ अल्ट्राहेरबोलिक मीट्रिक |पराअतिपरवलयिक मीट्रिक]] कहा जाता है।


=== उलटा मीट्रिक ===
=== व्युत्क्रम मीट्रिक ===
होने देना {{math|'''f''' {{=}} (''X''<sub>1</sub>, ..., ''X''<sub>''n''</sub>)}} वेक्टर क्षेत्रों का आधार हो, और ऊपर के रूप में {{math|''G''['''f''']}} गुणांक का मैट्रिक्स हो
माना {{math|'''f''' {{=}} (''X''<sub>1</sub>, ..., ''X''<sub>''n''</sub>)}} सदिश क्षेत्रों का एक आधार है, और जैसा कि ऊपर बताया गया है कि {{math|''G''['''f''']}}, गुणांकों का आव्यूह है
:<math>g_{ij}[\mathbf{f}] = g\left(X_i,X_j\right) \,.</math>
:<math>g_{ij}[\mathbf{f}] = g\left(X_i,X_j\right) \,.</math>
एक [[ उलटा मैट्रिक्स ]] पर विचार कर सकते हैं {{math|''G''['''f''']<sup>−1</sup>}}, जिसे उलटा मीट्रिक (या '' संयुग्म '' या '' दोहरी मीट्रिक '') के साथ पहचाना जाता है।उलटा मीट्रिक फ्रेम होने पर एक परिवर्तन कानून को संतुष्ट करता है {{math|'''f'''}} एक मैट्रिक्स द्वारा बदल दिया जाता है {{mvar|A}} के जरिए
[[ उलटा मैट्रिक्स |व्युत्क्रम आव्यूह]] को {{math|''G''['''f''']<sup>−1</sup>}} लिया जा सकता है, जिसे '''व्युत्क्रम मीट्रिक''' (या ''संयुग्मी'' या द्वैत ''मीट्रिक'') के रूप में जाना जाता है। व्युत्क्रम मीट्रिक एक रूपान्तरण नियम को संतुष्ट करता है जब फ्रेम {{math|'''f'''}} को आव्यूह {{mvar|A}} द्वारा परिवर्तित कर दिया जाता है


{{NumBlk|:|<math>G[\mathbf{f}A]^{-1} = A^{-1}G[\mathbf{f}]^{-1}\left(A^{-1}\right)^\mathsf{T}.</math>|{{EquationRef|5}}}}
{{NumBlk|:|<math>G[\mathbf{f}A]^{-1} = A^{-1}G[\mathbf{f}]^{-1}\left(A^{-1}\right)^\mathsf{T}.</math>|{{EquationRef|5}}}}


उलटा मीट्रिक वैक्टर के सहसंयोजक और कॉन्ट्रैवेरियन को बदल देता है, या आधार मैट्रिक्स के परिवर्तन के व्युत्क्रम के संबंध में {{mvar|A}}।जबकि मीट्रिक स्वयं वेक्टर क्षेत्रों की लंबाई (या कोण) की लंबाई को मापने का एक तरीका प्रदान करता है, उलटा मीट्रिक [[ कोवेटर ]] फ़ील्ड की लंबाई (या कोण) की लंबाई को मापने का एक साधन प्रदान करता है;अर्थात्, रैखिक कार्य के क्षेत्र।
व्युत्क्रम मीट्रिक प्रतिपरिवर्ती रूप से या आधार आव्यूह {{mvar|A}} के परिवर्तन के व्युत्क्रम के सापेक्ष रूपांतरित होता है। जबकि मीट्रिक स्वयं सदिश क्षेत्रों की लंबाई (या बीच के कोण) को मापने की एक विधि प्रदान करता है, व्युत्क्रम मीट्रिक [[ कोवेटर |उपसदिश]] क्षेत्रों, अर्थात् रैखिक फलनों के क्षेत्र की लंबाई (या बीच के कोण) को मापने का एक साधन प्रदान करता है।


यह देखने के लिए, मान लीजिए कि {{mvar|α}} एक covector क्षेत्र है।बुद्धि के लिए, प्रत्येक बिंदु के लिए {{mvar|p}}, {{mvar|α}} एक फ़ंक्शन निर्धारित करता है {{math|''α''<sub>''p''</sub>}} पर स्पर्शरेखा वैक्टर पर परिभाषित किया गया {{mvar|p}} ताकि निम्नलिखित [[ रैखिक परिवर्तन ]] की स्थिति सभी स्पर्शरेखा वैक्टर के लिए हो {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} और {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}}, और सभी वास्तविक संख्याएँ {{mvar|a}} और {{mvar|b}}:
इसे देखने के लिए, माना {{mvar|α}} एक उपसदिश क्षेत्र है। अर्थात्, प्रत्येक बिंदु {{mvar|p}} के लिए, {{mvar|α}}, स्पर्शरेखा सदिश पर बिंदु {{mvar|p}} पर परिभाषित एक फलन {{math|''α''<sub>''p''</sub>}} निर्धारित करता है जिससे निम्नलिखित [[ रैखिक परिवर्तन |रैखिकता]] की स्थिति सभी स्पर्शरेखा सदिशों {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} और {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}}, और सभी वास्तविक संख्याओं {{mvar|a}} और {{mvar|b}} के लिए सत्य हो:


:<math>\alpha_p \left(aX_p + bY_p\right) = a\alpha_p \left(X_p\right) + b\alpha_p \left(Y_p\right)\,.</math>
:<math>\alpha_p \left(aX_p + bY_p\right) = a\alpha_p \left(X_p\right) + b\alpha_p \left(Y_p\right)\,.</math>
जैसा {{mvar|p}} भिन्न होता है, {{mvar|α}} इस अर्थ में एक चिकनी कार्य माना जाता है
क्योंकि {{mvar|p}} परिवर्तित होता है, अतः {{mvar|α}} को इस अर्थ में एक सहज फलन माना जाता है


:<math>p \mapsto \alpha_p \left(X_p\right)</math>
:<math>p \mapsto \alpha_p \left(X_p\right)</math>
का एक चिकनी कार्य है {{mvar|p}} किसी भी चिकनी वेक्टर क्षेत्र के लिए {{mvar|X}}
किसी भी सरल सदिश क्षेत्र {{mvar|X}} के लिए {{mvar|p}} का एक सहज फलन है।


कोई कोवेक्टर फ़ील्ड {{mvar|α}} वेक्टर क्षेत्रों के आधार में घटक हैं {{math|'''f'''}}।ये द्वारा निर्धारित किए जाते हैं
किसी भी उपसदिश क्षेत्र {{mvar|α}} में सदिश क्षेत्र {{math|'''f'''}} के आधार पर घटक होते हैं। इन्हें इस प्रकार निर्धारित किया जाता है


:<math>\alpha_i = \alpha \left(X_i\right)\,,\quad i = 1, 2, \dots, n\,.</math>
:<math>\alpha_i = \alpha \left(X_i\right)\,,\quad i = 1, 2, \dots, n\,.</math>
इन घटकों की [[ पंक्ति वेक्टर ]] को निरूपित करें
इन घटकों के [[ पंक्ति वेक्टर |पंक्ति सदिश]] को निम्न द्वारा निरूपित करने पर


:<math>\alpha[\mathbf{f}] = \big\lbrack\begin{array}{cccc} \alpha_1 & \alpha_2 & \dots & \alpha_n \end{array}\big\rbrack \,.</math>
:<math>\alpha[\mathbf{f}] = \big\lbrack\begin{array}{cccc} \alpha_1 & \alpha_2 & \dots & \alpha_n \end{array}\big\rbrack \,.</math>
एक परिवर्तन के तहत {{math|'''f'''}} एक मैट्रिक्स द्वारा {{mvar|A}}, {{math|''α''['''f''']}} नियम द्वारा परिवर्तन
एक आव्यूह {{mvar|A}} द्वारा {{math|'''f'''}} के परिवर्तन के तहत, {{math|''α''['''f''']}} निम्न नियम द्वारा परिवर्तित होता है


:<math>\alpha[\mathbf{f}A] = \alpha[\mathbf{f}]A \,.</math>
:<math>\alpha[\mathbf{f}A] = \alpha[\mathbf{f}]A \,.</math>
अर्थात्, घटकों की पंक्ति वेक्टर {{math|''α''['''f''']}} एक सहसंयोजक वेक्टर के रूप में बदल जाता है।
अर्थात्, घटकों का पंक्ति सदिश {{math|''α''['''f''']}}, सहपरिवर्ती सदिश के रूप में परिवर्तित होता है।


एक जोड़ी के लिए {{mvar|α}} और {{mvar|β}} Covector क्षेत्रों में, इन दो कोवेक्टर्स द्वारा लागू उलटा मीट्रिक को परिभाषित करें
उपसदिश क्षेत्रों के एक युग्म {{mvar|α}} और {{mvar|β}} के लिए, इन दो उपसदिशों पर लागू व्युत्क्रम मीट्रिक को निम्न द्वारा परिभाषित करने पर,


{{NumBlk|:|<math>\tilde{g}(\alpha,\beta) = \alpha[\mathbf{f}]G[\mathbf{f}]^{-1}\beta[\mathbf{f}]^\mathsf{T}.</math>|{{EquationRef|6}}}}
{{NumBlk|:|<math>\tilde{g}(\alpha,\beta) = \alpha[\mathbf{f}]G[\mathbf{f}]^{-1}\beta[\mathbf{f}]^\mathsf{T}.</math>|{{EquationRef|6}}}}


परिणामी परिभाषा, हालांकि इसमें आधार का विकल्प शामिल है {{math|'''f'''}}, वास्तव में निर्भर नहीं करता है {{math|'''f'''}} एक आवश्यक तरीके से।दरअसल, बदलने के लिए बदलना {{math|'''f'''''A''}} देता है
परिणामी परिभाषा वास्तव में {{math|'''f'''}} पर एक आवश्यक तरीके से निर्भर नहीं करती है, हालाँकि इसमें आधार {{math|'''f'''}} का चयन सम्मिलित है। वास्तव में, आधार को {{math|'''f'''''A''}} में बदलने से निम्न परिणाम प्राप्त होता है


:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
Line 287: Line 279:
\end{align}
\end{align}
</math>
</math>
ताकि समीकरण के दाहिने हाथ की ओर ({{EquationNote|6}}) आधार बदलकर अप्रभावित है {{math|'''f'''}} किसी अन्य आधार पर {{math|'''f'''''A''}} जो भी हो।नतीजतन, समीकरण को आधार की पसंद से स्वतंत्र रूप से एक अर्थ सौंपा जा सकता है।मैट्रिक्स की प्रविष्टियाँ {{math|''G''['''f''']}} द्वारा निरूपित किया जाता है {{math|''g''<sup>''ij''</sup>}}, जहां सूचकांक {{mvar|i}} और {{mvar|j}} परिवर्तन कानून को इंगित करने के लिए उठाया गया है ({{EquationNote|5}})
जिससे समीकरण ({{EquationNote|6}}) का दायाँ पक्ष आधार {{math|'''f'''}} को किसी भी अन्य आधार {{math|'''f'''''A''}} में बदलने से अप्रभावित रहे। परिणामस्वरूप, समीकरण को आधार के चयन से स्वतंत्र रूप से एक अर्थ प्रदान किया जा सकता है। आव्यूह {{math|''G''['''f''']}} की प्रविष्टियों को {{math|''g''<sup>''ij''</sup>}} द्वारा निरूपित किया जाता है, जहाँ घातांक {{mvar|i}} और {{mvar|j}} को रूपान्तरण नियम ({{EquationNote|5}}) को इंगित करने के लिए उठाया गया है।


=== उठाना और कम करना सूचकांक ===
=== घातांकों का उन्नयन और अवनमन ===
{{See also|Raising and lowering indices}}
{{See also|घातांकों का उन्नयन और अवनमन}}
वेक्टर क्षेत्रों के आधार पर {{math|'''f''' {{=}} (''X''<sub>1</sub>, ..., ''X''<sub>''n''</sub>)}}, किसी भी चिकनी स्पर्शरेखा वेक्टर क्षेत्र {{mvar|X}} रूप में लिखा जा सकता है
सदिश क्षेत्रों {{math|'''f''' {{=}} (''X''<sub>1</sub>, ..., ''X''<sub>''n''</sub>)}} के आधार में, किसी भी सहज स्पर्शरेखा सदिश क्षेत्र {{mvar|X}} को निम्न रूप में लिखा जा सकता है


{{NumBlk|:|<math>X =
{{NumBlk|:|<math>X =
Line 299: Line 291:
</math>|{{EquationRef|7}}}}
</math>|{{EquationRef|7}}}}


कुछ विशिष्ट रूप से निर्धारित चिकनी कार्यों के लिए {{math|''v''<sup>1</sup>, ..., ''v''<sup>''n''</sup>}}।आधार बदलने पर {{math|'''f'''}} एक निरर्थक मैट्रिक्स द्वारा {{mvar|A}}, गुणांक {{math|''v''<sup>''i''</sup>}} इस तरह से बदलें कि समीकरण ({{EquationNote|7}}) सच है।वह है,
कुछ विशिष्ट रूप से निर्धारित सहज फलनों {{math|''v''<sup>1</sup>, ..., ''v''<sup>''n''</sup>}} के लिए। आधार {{math|'''f'''}} को एक व्युत्क्रमणीय आव्यूह {{mvar|A}} द्वारा बदलने पर, गुणांक {{math|''v''<sup>''i''</sup>}} इस प्रकार परिवर्तित होते हैं कि समीकरण ({{EquationNote|7}}) सत्य रहती है। अर्थात्,


:<math>X = \mathbf{fA}v[\mathbf{fA}] = \mathbf{f}v[\mathbf{f}]\,.</math>
:<math>X = \mathbf{fA}v[\mathbf{fA}] = \mathbf{f}v[\mathbf{f}]\,.</math>
फलस्वरूप, {{math|''v''['''f'''''A''] {{=}} ''A''<sup>−1</sup>''v''['''f''']}}।दूसरे शब्दों में, एक वेक्टर के घटक निरर्थक मैट्रिक्स द्वारा आधार के परिवर्तन के तहत कॉन्ट्रैरेटिव रूप से (यानी, विपरीत या विपरीत तरीके से) को बदल देते हैं {{mvar|A}}।के घटकों के विपरीत {{math|''v''['''f''']}} के सूचकांकों को रखकर नोटिस रूप से नामित किया गया है {{math|''v''<sup>''i''</sup>['''f''']}} ऊपरी स्थिति में।
परिणामस्वरूप, {{math|''v''['''f'''''A''] {{=}} ''A''<sup>−1</sup>''v''['''f''']}}। दूसरे शब्दों में, सदिश {{math|''v''['''f''']}} के घटक व्युत्क्रमणीय आव्यूह {{mvar|A}} द्वारा आधार के परिवर्तन के तहत प्रतिपरिवर्ती रूप से (अर्थात्, व्युत्क्रम या विपरीत तरीके से) रूपांतरित होते हैं। {{math|''v''['''f''']}} के घटकों के प्रतिपरिवर्तन को सांकेतिक रूप से {{math|''v''<sup>''i''</sup>['''f''']}} के घातांकों को ऊपरी स्थिति में रखकर निर्दिष्ट किया जाता है।


एक फ्रेम भी कोवेक्टर्स को उनके घटकों के संदर्भ में व्यक्त करने की अनुमति देता है।वेक्टर क्षेत्रों के आधार के लिए {{math|'''f''' {{=}} (''X''<sub>1</sub>, ..., ''X''<sub>''n''</sub>)}} रैखिक फ़ंक्शंस होने के लिए दोहरे आधार को परिभाषित करें {{math|(''θ''<sup>1</sup>['''f'''], ..., ''θ''<sup>''n''</sup>['''f'''])}} ऐसा है कि
एक फ्रेम उपसदिशों को भी उनके घटकों के संदर्भ में व्यक्त होने की अनुमति देता है। सदिश क्षेत्रों {{math|'''f''' {{=}} (''X''<sub>1</sub>, ..., ''X''<sub>''n''</sub>)}} के आधार के लिए द्वैत आधार को रैखिक फलनकों {{math|(''θ''<sup>1</sup>['''f'''], ..., ''θ''<sup>''n''</sup>['''f'''])}} में इस प्रकार परिभाषित किया जाता है कि


:<math>\theta^i[\mathbf{f}](X_j) = \begin{cases} 1 & \mathrm{if}\ i=j\\ 0&\mathrm{if}\ i\not=j.\end{cases}</math>
:<math>\theta^i[\mathbf{f}](X_j) = \begin{cases} 1 & \mathrm{if}\ i=j\\ 0&\mathrm{if}\ i\not=j.\end{cases}</math>
वह है, {{math|''θ''<sup>''i''</sup>['''f'''](''X''<sub>''j''</sub>) {{=}} ''δ''<sub>''j''</sub><sup>''i''</sup>}}, क्रोनकर कोलन।पत्र
अर्थात्, {{math|''θ''<sup>''i''</sup>['''f'''](''X''<sub>''j''</sub>) {{=}} ''δ''<sub>''j''</sub><sup>''i''</sup>}}, इसे क्रोनकर डेल्टा कहा जाता है। माना


:<math>\theta[\mathbf{f}] = \begin{bmatrix}\theta^1[\mathbf{f}] \\ \theta^2[\mathbf{f}] \\ \vdots \\ \theta^n[\mathbf{f}]\end{bmatrix}.</math>
:<math>\theta[\mathbf{f}] = \begin{bmatrix}\theta^1[\mathbf{f}] \\ \theta^2[\mathbf{f}] \\ \vdots \\ \theta^n[\mathbf{f}]\end{bmatrix}.</math>
आधार के परिवर्तन के तहत {{math|'''f''' ↦ '''f'''''A''}} एक निरर्थक मैट्रिक्स के लिए {{math|''A''}}, {{math|''θ''['''f''']}} के माध्यम से बदल जाता है
एक व्युत्क्रमणीय आव्यूह {{math|''A''}} के लिए आधार {{math|'''f''' ↦ '''f'''''A''}} के परिवर्तन के तहत, {{math|''θ''['''f''']}} निम्न के माध्यम से रूपांतरित हो जाता है


:<math>\theta[\mathbf{f}A] = A^{-1}\theta[\mathbf{f}].</math>
:<math>\theta[\mathbf{f}A] = A^{-1}\theta[\mathbf{f}].</math>
कोई रैखिक कार्यात्मक {{mvar|α}} स्पर्शरेखा वैक्टर को दोहरे आधार के संदर्भ में विस्तारित किया जा सकता है {{mvar|θ}}
स्पर्शरेखा सदिशों पर किसी भी रैखिक फलनक {{mvar|α}} को द्वैत आधार {{mvar|θ}} के संदर्भ में इस प्रकार विस्तारित किया जा सकता है


{{NumBlk|:|<math>\begin{align}
{{NumBlk|:|<math>\begin{align}
Line 321: Line 313:
\end{align}</math>|{{EquationRef|8}}}}
\end{align}</math>|{{EquationRef|8}}}}


कहां {{math|''a''['''f''']}} पंक्ति वेक्टर को दर्शाता है {{math|[ ''a''<sub>1</sub>['''f'''] ... ''a''<sub>''n''</sub>['''f'''] ]}}।अवयव {{math|''a''<sub>''i''</sub>}} आधार पर बदलें {{math|'''f'''}} द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है {{math|'''f'''''A''}} इस तरह से कि समीकरण ({{EquationNote|8}}) जारी है।वह है,
जहाँ {{math|''a''['''f''']}} पंक्ति सदिश {{math|[ ''a''<sub>1</sub>['''f'''] ... ''a''<sub>''n''</sub>['''f'''] ]}} को दर्शाता है। घटक {{math|''a''<sub>''i''</sub>}} रूपांतरित होते हैं जब आधार {{math|'''f'''}} को {{math|'''f'''''A''}} द्वारा इस प्रकार प्रतिस्थापित किया जाता है कि समीकरण ({{EquationNote|8}}) निरंतर सत्य रहता है। अर्थात्,


:<math>\alpha = a[\mathbf{f}A]\theta[\mathbf{f}A] = a[\mathbf{f}]\theta[\mathbf{f}]</math>
:<math>\alpha = a[\mathbf{f}A]\theta[\mathbf{f}A] = a[\mathbf{f}]\theta[\mathbf{f}]</math>
whence, क्योंकि {{math|''θ''['''f'''''A''] {{=}} ''A''<sup>−1</sup>''θ''['''f''']}}, यह इस प्रकार है कि {{math|1=''a''['''f'''''A''] {{=}} ''a''['''f''']''A''}}।अर्थात्, घटक {{mvar|a}} मैट्रिक्स द्वारा कोवेरिएंट रूप से ट्रांसफ़ॉर्म करें {{mvar|A}} इसके उलटे होने के बजाय)।के घटकों के सहसंयोजक {{math|''a''['''f''']}} के सूचकांकों को रखकर नोटिस रूप से नामित किया गया है {{math|''a''<sub>''i''</sub>['''f''']}} निचली स्थिति में।
जहाँ से, क्योंकि {{math|''θ''['''f'''''A''] {{=}} ''A''<sup>−1</sup>''θ''['''f''']}}, अतः {{math|1=''a''['''f'''''A''] {{=}} ''a''['''f''']''A''}}। अर्थात्, घटक {{mvar|a}} ''सहपरिवर्ती'' रूप से (व्युत्क्रम के स्थान पर आव्यूह {{mvar|A}} द्वारा) रूपांतरित होते हैं। {{math|''a''['''f''']}} के घटकों के सहप्रसरण को {{math|''a''<sub>''i''</sub>['''f''']}} के घातांकों को निचले स्थान पर रखकर सांकेतिक रूप से निर्दिष्ट किया जाता है।


अब, मीट्रिक टेंसर वैक्टर और कोवेक्टर्स की पहचान करने के लिए एक साधन देता है।होल्डिंग {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} फिक्स्ड, फ़ंक्शन
अब, मीट्रिक टेन्सर सदिशों और उपसदिशों को निर्धारित करने के लिए निम्न प्रकार से एक माध्यम प्रदान करता है। {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} को स्थिर रखते हुए, स्पर्शरेखा सदिश {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}} का फलन


:<math>g_p(X_p, -) : Y_p \mapsto g_p(X_p, Y_p)</math>
:<math>g_p(X_p, -) : Y_p \mapsto g_p(X_p, Y_p)</math>
स्पर्शरेखा वेक्टर का {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}} स्पर्शरेखा पर एक रैखिक कार्यात्मक को परिभाषित करता है {{mvar|p}}।यह ऑपरेशन एक वेक्टर लेता है {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} एक बिंदु पर {{mvar|p}} और एक covector का उत्पादन करता है {{math|''g''<sub>''p''</sub>(''X''<sub>''p''</sub>, −)}}।वेक्टर क्षेत्रों के आधार पर {{math|'''f'''}}, अगर एक वेक्टर क्षेत्र {{mvar|X}} घटक हैं {{math|''v''['''f''']}}, फिर कोवेक्टर फ़ील्ड के घटक {{math|''g''(''X'', −)}} दोहरे आधार में पंक्ति वेक्टर की प्रविष्टियों द्वारा दिया जाता है
स्पर्शरेखा समष्टि पर {{mvar|p}} पर एक रैखिक फलनक परिभाषित करता है। यह संक्रिया बिंदु {{mvar|p}} पर एक सदिश {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} को लेकर एक उपसदिश {{math|''g''<sub>''p''</sub>(''X''<sub>''p''</sub>, −)}} उत्पन्न करती है। सदिश क्षेत्र {{math|'''f'''}} के आधार पर, यदि एक सदिश क्षेत्र {{mvar|X}} में घटक {{math|''v''['''f''']}} हैं, तो द्वैत आधार में उपसदिश क्षेत्र {{math|''g''(''X'', −)}} के घटक निम्न पंक्ति सदिश की प्रविष्टियों द्वारा दिए जाते हैं
:<math>a[\mathbf{f}] = v[\mathbf{f}]^\mathsf{T} G[\mathbf{f}].</math>
:<math>a[\mathbf{f}] = v[\mathbf{f}]^\mathsf{T} G[\mathbf{f}].</math>
आधार के परिवर्तन के तहत {{math|'''f''' ↦ '''f'''''A''}}, इस समीकरण के दाहिने हाथ के माध्यम से बदल जाता है
आधार परिवर्तन {{math|'''f''' ↦ '''f'''''A''}} के तहत, इस समीकरण का दायाँ पक्ष निम्न के माध्यम से रूपांतरित होता है
:<math>
:<math>
   v[\mathbf{f}A]^\mathsf{T} G[\mathbf{f}A] =
   v[\mathbf{f}A]^\mathsf{T} G[\mathbf{f}A] =
Line 337: Line 329:
     v[\mathbf{f}]^\mathsf{T} G[\mathbf{f}]A
     v[\mathbf{f}]^\mathsf{T} G[\mathbf{f}]A
</math>
</math>
ताकि {{math|''a''['''f'''''A''] {{=}} ''a''['''f''']''A''}}: {{mvar|a}} सहसंयोजक रूप से बदल जाता है।एक वेक्टर क्षेत्र के (कॉन्ट्रावेरियनट) घटकों से जुड़ने का संचालन {{math|''v''['''f'''] {{=}} [ ''v''<sup>1</sup>['''f'''] ''v''<sup>2</sup>['''f'''] ... ''v''<sup>''n''</sup>['''f'''] ]}}<sup>T </sup> (कोवेरिएंट) कोवेक्टर फ़ील्ड के घटक {{math|''a''['''f'''] {{=}} [ ''a''<sub>1</sub>['''f'''] ''a''<sub>2</sub>['''f'''] … ''a''<sub>''n''</sub>['''f'''] ]}}, कहां
जिससे {{math|''a''['''f'''''A''] {{=}} ''a''['''f''']''A''}}: {{mvar|a}} सहपरिवर्ती रूप से परिवर्तित होता है। एक सदिश क्षेत्र {{math|''v''['''f'''] {{=}} [ ''v''<sup>1</sup>['''f'''] ''v''<sup>2</sup>['''f'''] ... ''v''<sup>''n''</sup>['''f'''] ]}}<sup>T</sup> के (प्रतिपरिवर्ती) घटकों को उपसदिश क्षेत्र {{math|''a''['''f'''] {{=}} [ ''a''<sub>1</sub>['''f'''] ''a''<sub>2</sub>['''f'''] … ''a''<sub>''n''</sub>['''f'''] ]}} के घटकों से संबद्ध करने की संक्रिया को, जहाँ
:<math>a_i[\mathbf{f}] = \sum_{k=1}^n v^k[\mathbf{f}]g_{ki}[\mathbf{f}]</math>
:<math>a_i[\mathbf{f}] = \sum_{k=1}^n v^k[\mathbf{f}]g_{ki}[\mathbf{f}]</math>
इंडेक्स को कम करना कहा जाता है।
'''घातांक को अवनमन''' कहा जाता है।


'' सूचकांक बढ़ाने के लिए '', एक समान निर्माण लागू करता है लेकिन मीट्रिक के बजाय उलटा मीट्रिक के साथ।यदि {{math|''a''['''f'''] {{=}} [ ''a''<sub>1</sub>['''f'''] ''a''<sub>2</sub>['''f'''] ... ''a''<sub>''n''</sub>['''f'''] ]}} दोहरे आधार में एक covector के घटक हैं {{math|''θ''['''f''']}}, फिर कॉलम वेक्टर
''घातांक के उन्नयन के लिए'', मीट्रिक के स्थान पर व्युत्क्रम मीट्रिक के साथ यही रचना प्रयुक्त की जा सकती है। यदि द्वैत आधार {{math|''θ''['''f''']}} में एक उपसदिश के घटक {{math|''a''['''f'''] {{=}} [ ''a''<sub>1</sub>['''f'''] ''a''<sub>2</sub>['''f'''] ... ''a''<sub>''n''</sub>['''f'''] ]}} हैं, तो स्तम्भ सदिश
{{NumBlk|:|<math>v[\mathbf{f}] = G^{-1}[\mathbf{f}]a[\mathbf{f}]^\mathsf{T}</math>|{{EquationRef|9}}}}
{{NumBlk|:|<math>v[\mathbf{f}] = G^{-1}[\mathbf{f}]a[\mathbf{f}]^\mathsf{T}</math>|{{EquationRef|9}}}}
ऐसे घटक हैं जो कॉन्ट्रैरेटिव रूप से बदलते हैं:
में ऐसे घटक होते हैं जो प्रतिपरिवर्ती रूप से रूपांतरित होते हैं:
:<math>v[\mathbf{f}A] = A^{-1}v[\mathbf{f}].</math>
:<math>v[\mathbf{f}A] = A^{-1}v[\mathbf{f}].</math>
नतीजतन, मात्रा {{math|''X'' {{=}} '''f'''''v''['''f''']}} आधार की पसंद पर निर्भर नहीं करता है {{math|'''f'''}} एक आवश्यक तरीके से, और इस प्रकार एक वेक्टर क्षेत्र को परिभाषित करता है {{mvar|M}}।आपरेशन ({{EquationNote|9}}) एक कोवेक्टर के (कोवेरिएंट) घटकों से जुड़ना {{math|''a''['''f''']}} एक वेक्टर के (कॉन्ट्रैवेरियनट) घटक {{math|''v''['''f''']}} दिया गया सूचकांक को बढ़ाना कहा जाता है।घटकों में, ({{EquationNote|9}}) है
परिणामस्वरूप, राशि {{math|''X'' {{=}} '''f'''''v''['''f''']}} एक आवश्यक तरीके से आधार {{math|'''f'''}} के चयन पर निर्भर नहीं करती है, और इस प्रकार {{mvar|M}} पर एक सदिश क्षेत्र को परिभाषित करती है। दिए गए सदिश {{math|''v''['''f''']}} के उपसदिश {{math|''a''['''f''']}} के (प्रतिपरिवर्ती) घटकों के साथ संक्रिया ({{EquationNote|9}}) को जोड़ना '''घातांक का उन्नयन''' कहलाता है। घटकों में, ({{EquationNote|9}}) इस प्रकार हैː
:<math>v^i[\mathbf{f}] = \sum_{k=1}^n g^{ik}[\mathbf{f}] a_k[\mathbf{f}].</math>
:<math>v^i[\mathbf{f}] = \sum_{k=1}^n g^{ik}[\mathbf{f}] a_k[\mathbf{f}].</math>
=== प्रेरित मीट्रिक ===
=== प्रेरित मीट्रिक ===
<!--{{main|Induced metric}} Not currently well-written. -->
माना {{mvar|U}}, {{math|'''ℝ'''<sup>''n''</sup>}} में एक खुला समुच्चय, और {{mvar|φ}}, {{mvar|U}} से यूक्लिडीय अंतरिक्ष {{math|'''ℝ'''<sup>''m''</sup>}} में एक [[ लगातार अलग -अलग |सतत अवकलनीय]] फलन फलन है, जहाँ {{math|''m'' > ''n''}}। प्रतिचित्रण {{mvar|φ}} को एक [[ विसर्जन (गणित) |अंतर्वेशन]] कहा जाता है यदि इसका अवकल {{mvar|U}} के प्रत्येक बिंदु पर [[ इंजेक्शन लगाने वाला |एकैकी]] है। {{mvar|φ}} के प्रतिबिम्ब को एक अंतर्वेशित उप-मैनिफोल्ड कहा जाता है। अधिक विशेष रूप से, {{math|1=''m'' = 3}} के लिए, जिसका अर्थ है कि {{math|'''ℝ'''<sup>''3''</sup>}} परिवेशी यूक्लिडीय अंतरिक्ष है, प्रेरित मीट्रिक टेन्सर को पहला मौलिक रूप कहा जाता है।
होने देना {{mvar|U}} में एक खुला सेट हो {{math|'''ℝ'''<sup>''n''</sup>}}, और जाने {{mvar|φ}} से [[ लगातार अलग -अलग ]] कार्य हो {{mvar|U}} यूक्लिडियन अंतरिक्ष में {{math|'''ℝ'''<sup>''m''</sup>}}, कहां {{math|''m'' > ''n''}}।मानचित्रण {{mvar|φ}} यदि इसका अंतर हर बिंदु पर [[ इंजेक्शन लगाने वाला ]] है तो एक [[ विसर्जन (गणित) ]] कहा जाता है {{mvar|U}}।की छवि {{mvar|φ}} एक डूबे हुए सबमेनिफोल्ड कहा जाता है।अधिक विशेष रूप से, के लिए {{math|1=''m'' = 3}}, जिसका अर्थ है कि परिवेश यूक्लिडियन स्थान है {{math|'''ℝ'''<sup>''3''</sup>}}, प्रेरित मीट्रिक टेंसर को First_fundamental_form कहा जाता है।


लगता है कि {{mvar|φ}} सबमेनिफोल्ड पर एक विसर्जन है {{math|''M'' ⊂ '''R'''<sup>''m''</sup>}}।सामान्य यूक्लिडियन डॉट उत्पाद में {{math|'''ℝ'''<sup>''m''</sup>}} एक मीट्रिक है, जो जब वैक्टर स्पर्शरेखा के लिए प्रतिबंधित है {{mvar|M}}, इन स्पर्शरेखा वैक्टर के डॉट उत्पाद को लेने के लिए एक साधन देता है।इसे प्रेरित मीट्रिक कहा जाता है।
माना {{mvar|φ}}, उप-मैनिफोल्ड {{math|''M'' ⊂ '''R'''<sup>''m''</sup>}} पर एक अंतर्वेशन है। {{math|'''ℝ'''<sup>''m''</sup>}} में सामान्य यूक्लिडीय बिंदु गुणन एक ऐसा मीट्रिक है, जो {{mvar|M}} के स्पर्शरेखा सदिशों तक सीमित होने पर, इन स्पर्शरेखा सदिशों के बिंदु गुणन लेने के लिए एक माध्यम प्रदान करता है। इसे '''प्रेरित मीट्रिक''' कहा जाता है।


लगता है कि {{mvar|v}} एक बिंदु पर एक स्पर्शरेखा वेक्टर है {{mvar|U}}, कहना
माना {{mvar|v}}, {{mvar|U}} के एक बिंदु पर एक स्पर्शरेखा सदिश है, माना
:<math>v = v^1\mathbf{e}_1 + \dots + v^n\mathbf{e}_n</math>
:<math>v = v^1\mathbf{e}_1 + \dots + v^n\mathbf{e}_n</math>
कहां {{math|'''e'''<sub>''i''</sub>}} में मानक समन्वय वैक्टर हैं {{math|'''ℝ'''<sup>''n''</sup>}}।कब {{mvar|φ}} पर लागू होता है {{mvar|U}}, वेक्टर {{mvar|v}} वेक्टर स्पर्शरेखा पर जाता है {{mvar|M}} के द्वारा दिया गया
जहाँ {{math|'''e'''<sub>''i''</sub>}}, {{math|'''ℝ'''<sup>''n''</sup>}} में मानक निर्देशांक सदिश हैं। जब {{mvar|φ}} को {{mvar|U}} पर प्रयुक्त किया जाता है, तो सदिश {{mvar|v}}, {{mvar|M}} पर सदिश स्पर्शरेखा पर इस प्रकार जाता है
:<math>\varphi_*(v) = \sum_{i=1}^n \sum_{a=1}^m v^i\frac{\partial \varphi^a}{\partial x^i}\mathbf{e}_a\,.</math>
:<math>\varphi_*(v) = \sum_{i=1}^n \sum_{a=1}^m v^i\frac{\partial \varphi^a}{\partial x^i}\mathbf{e}_a\,.</math>
(इसे पुष्पकार (अंतर) कहा जाता है {{mvar|v}} साथ में {{mvar|φ}}) ऐसे दो वैक्टर दिए गए, {{mvar|v}} और {{mvar|w}}, प्रेरित मीट्रिक द्वारा परिभाषित किया गया है
(इसे {{mvar|φ}} के अनुदिश {{mvar|v}} का पुशफॉरवर्ड कहा जाता है।) दिए गए दो सदिशों {{mvar|v}} और {{mvar|w}} के लिए, प्रेरित मीट्रिक को निम्न द्वारा परिभाषित किया जाता है
:<math>g(v,w) = \varphi_*(v)\cdot \varphi_*(w).</math>
:<math>g(v,w) = \varphi_*(v)\cdot \varphi_*(w).</math>
यह एक सीधी गणना से है कि समन्वित वेक्टर क्षेत्रों के आधार पर प्रेरित मीट्रिक का मैट्रिक्स {{math|'''e'''}} द्वारा दिया गया है
यह एक सीधी गणना से प्राप्त होता है कि निर्देशांक सदिश क्षेत्र {{math|'''e'''}} के आधार पर प्रेरित मीट्रिक का आव्यूह निम्न द्वारा दिया जाता है
:<math>G(\mathbf{e}) = (D\varphi)^\mathsf{T}(D\varphi)</math>
:<math>G(\mathbf{e}) = (D\varphi)^\mathsf{T}(D\varphi)</math>
कहां {{mvar|Dφ}} जैकबियन मैट्रिक्स है:
जहाँ {{mvar|Dφ}} जैकोबियन आव्यूह है:
:<math>D\varphi = \begin{bmatrix}
:<math>D\varphi = \begin{bmatrix}
   \frac{\partial\varphi^1}{\partial x^1} & \frac{\partial\varphi^1}{\partial x^2} &
   \frac{\partial\varphi^1}{\partial x^1} & \frac{\partial\varphi^1}{\partial x^2} &
Line 374: Line 363:
     \dots  & \frac{\partial\varphi^m}{\partial x^n}
     \dots  & \frac{\partial\varphi^m}{\partial x^n}
\end{bmatrix}.</math>
\end{bmatrix}.</math>


== एक मीट्रिक की आंतरिक परिभाषाएँ ==
== एक मीट्रिक की आंतरिक परिभाषाएँ ==
एक मीट्रिक की धारणा को [[ फाइबर बंडल ]]ों और [[ वेक्टर बंडल ]]ों की भाषा का उपयोग करके आंतरिक रूप से परिभाषित किया जा सकता है।इन शब्दों में, एक मीट्रिक टेंसर एक फ़ंक्शन है
[[ फाइबर बंडल |फाइबर बंडलों]] और [[ वेक्टर बंडल |सदिश बंडलों]] की भाषा का उपयोग करके एक मीट्रिक की धारणा को आंतरिक रूप से परिभाषित किया जा सकता है। इन शब्दों में, मीट्रिक टेंसर एक निम्न प्रकार का फलन है


{{NumBlk|:|<math>g : \mathrm{T}M\times_M \mathrm{T}M\to \mathbf{R}</math>|{{EquationRef|10}}}}
{{NumBlk|:|<math>g : \mathrm{T}M\times_M \mathrm{T}M\to \mathbf{R}</math>|{{EquationRef|10}}}}


के [[ स्पर्शरेखा ]] बंडल के [[ फाइबर उत्पाद ]] से {{mvar|M}} खुद के साथ {{math|'''R'''}} ऐसा कि प्रतिबंध {{mvar|g}} प्रत्येक फाइबर के लिए एक nondegenerate बिलिनियर मैपिंग है
जो कि {{mvar|M}} के [[ स्पर्शरेखा |स्पर्शरेखा]] बंडल के [[ फाइबर उत्पाद |फाइबर गुणन]] से स्वयं {{math|'''R'''}} के साथ इस प्रकार परिभाषित है कि प्रत्येक फाइबर के लिए {{mvar|g}} का प्रतिबंध एक निम्न अविकृत द्विरेखीय प्रतिचित्रण है


:<math>g_p : \mathrm{T}_pM\times \mathrm{T}_pM \to \mathbf{R}.</math>
:<math>g_p : \mathrm{T}_pM\times \mathrm{T}_pM \to \mathbf{R}.</math>
मानचित्रण ({{EquationNote|10}}) निरंतर कार्य करने की आवश्यकता होती है, और अक्सर लगातार अलग -अलग, चिकनी फ़ंक्शन, या [[ वास्तविक विश्लेषणात्मक ]], ब्याज के मामले पर निर्भर करता है, और क्या {{mvar|M}} ऐसी संरचना का समर्थन कर सकते हैं।
महत्त्व की स्थिति और {{mvar|M}} की ऐसी संरचना का समर्थन कर सकने के आधार पर प्रतिचित्रण ({{EquationNote|10}}) का सतत, और प्रायः सतत अवकलनीय, निष्कोण, या [[ वास्तविक विश्लेषणात्मक |वास्तविक विश्लेषणात्मक]] होना आवश्यक है।


=== मीट्रिक एक बंडल के एक खंड के रूप में ===
=== बंडल के एक खंड के रूप में मीट्रिक ===
टेंसर उत्पाद#सार्वभौमिक संपत्ति द्वारा, किसी भी बिलिनियर मैपिंग ({{EquationNote|10}}) एक खंड (फाइबर बंडल) में [[ प्राकृतिक परिवर्तन ]] को जन्म देता है {{math|''g''<sub>⊗</sub>}} के [[ टेंसर उत्पाद बंडल ]] के दोहरे स्थान {{math|T''M''}} खुद के साथ
टेंसर गुणन के सार्वभौमिक गुण के द्वारा, कोई भी द्विरेखीय प्रतिचित्रण ({{EquationNote|10}}) [[ प्राकृतिक परिवर्तन |स्वाभाविक]] रूप से {{math|T''M''}} के [[ टेंसर उत्पाद बंडल |टेंसर गुणन बंडल]] के द्वैत के एक खण्ड {{math|''g''<sub>⊗</sub>}} को उत्पन्न करता है


:<math>g_\otimes \in \Gamma\left((\mathrm{T}M \otimes \mathrm{T}M)^*\right).</math>
:<math>g_\otimes \in \Gamma\left((\mathrm{T}M \otimes \mathrm{T}M)^*\right).</math>
अनुभाग {{math|''g''<sub>⊗</sub>}} के सरल तत्वों पर परिभाषित किया गया है {{math|T''M'' ⊗ T''M''}} द्वारा
खण्ड {{math|''g''<sub>⊗</sub>}} को {{math|T''M'' ⊗ T''M''}} के सरल तत्वों पर निम्न द्वारा परिभाषित किया गया है


:<math>g_\otimes(v \otimes w) = g(v, w)</math>
:<math>g_\otimes(v \otimes w) = g(v, w)</math>
और के मनमाने तत्वों पर परिभाषित किया गया है {{math|T''M'' ⊗ T''M''}} सरल तत्वों के रैखिक संयोजनों के लिए रैखिक रूप से विस्तारित करके।मूल बिलिनियर रूप {{mvar|g}} सममित है अगर और केवल अगर
और इसे सरल तत्वों के रैखिक संयोजनों के रैखिक रूप से विस्तार द्वारा {{math|T''M'' ⊗ T''M''}} के स्वेच्छ तत्वों पर परिभाषित किया गया है। मूल द्विरेखीय रूप {{mvar|g}} सममित होता है यदि और केवल यदि
:<math>g_\otimes \circ \tau = g_\otimes</math>
:<math>g_\otimes \circ \tau = g_\otimes</math>
कहां
जहाँ
:<math>\tau : \mathrm{T}M \otimes \mathrm{T}M \stackrel{\cong}{\to} TM \otimes TM</math>
:<math>\tau : \mathrm{T}M \otimes \mathrm{T}M \stackrel{\cong}{\to} TM \otimes TM</math>
टेंसर उत्पाद#टेंसर शक्तियां और ब्रेडिंग है।
ब्रेडिंग प्रतिचित्रण है।


तब से {{mvar|M}} परिमित-आयामी है, एक प्राकृतिक आइसोमोर्फिज्म है
चूँकि {{mvar|M}} परिमित-विमीय है, अतः एक प्राकृतिक समरूपता ऐसी है कि


:<math>(\mathrm{T}M \otimes \mathrm{T}M)^* \cong \mathrm{T}^*M \otimes \mathrm{T}^*M,</math>
:<math>(\mathrm{T}M \otimes \mathrm{T}M)^* \cong \mathrm{T}^*M \otimes \mathrm{T}^*M,</math>
ताकि {{math|''g''<sub>⊗</sub>}} बंडल के एक हिस्से के रूप में भी माना जाता है {{math|T*''M'' ⊗ T*''M''}} [[ कोटगेंट बंडल ]] की {{math|T*''M''}} खुद के साथ।तब से {{mvar|g}} एक बिलिनियर मैपिंग के रूप में सममित है, यह इस प्रकार है {{math|''g''<sub>⊗</sub>}} एक सममित टेंसर है।
जिससे {{math|''g''<sub>⊗</sub>}} को बंडल {{math|T*''M'' ⊗ T*''M''}} के स्वयं के साथ [[ कोटगेंट बंडल |कोटिस्पर्शज्या बंडल]] {{math|T*''M''}} के एक खण्ड के रूप में भी माना जाए। चूँकि {{mvar|g}} द्विरेखीय प्रतिचित्रण के रूप में सममित है, अतः इसके आधार पर {{math|''g''<sub>⊗</sub>}} एक सममित टेन्सर है।


=== एक वेक्टर बंडल में मीट्रिक ===
=== एक सदिश बंडल में मीट्रिक ===
आम तौर पर, कोई एक वेक्टर बंडल में एक मीट्रिक की बात कर सकता है।यदि {{mvar|E}} एक कई गुना पर एक वेक्टर बंडल है {{mvar|M}}, फिर एक मीट्रिक एक मानचित्रण है
अधिक सामान्यतः, एक सदिश बंडल में एक मीट्रिक के बारे में विचार किया जा सकता है। यदि {{mvar|E}}, मैनिफोल्ड {{mvar|M}} पर एक सदिश बंडल है, तो एक मीट्रिक, {{mvar|E}} के फाइबर गुणन से {{math|'''R'''}} पर एक प्रतिचित्रण,


:<math>g : E\times_M E\to \mathbf{R}</math>
:<math>g : E\times_M E\to \mathbf{R}</math>
के फाइबर उत्पाद से {{mvar|E}} को {{math|'''R'''}} जो प्रत्येक फाइबर में बिलिनियर है:
है, जो प्रत्येक फाइबर:


:<math>g_p : E_p \times E_p\to \mathbf{R}.</math>
:<math>g_p : E_p \times E_p\to \mathbf{R}.</math>
ऊपर के रूप में द्वंद्व का उपयोग करते हुए, एक मीट्रिक को अक्सर [[ टेंसर उत्पाद ]] बंडल के एक खंड (फाइबर बंडल) के साथ पहचाना जाता है {{math|''E''* ⊗ ''E''*}}(मीट्रिक देखें (वेक्टर बंडल))
में द्विरेखीय है, उपरोक्त के रूप में द्वैत का उपयोग करते हुए, एक मीट्रिक को प्रायः [[ टेंसर उत्पाद |टेंसर गुणन]] बंडल {{math|''E''* ⊗ ''E''*}} के एक खण्ड के साथ निर्धारित किया जाता है। (मीट्रिक (सदिश बंडल) देखें।)


=== स्पर्शरेखा -कोटैंगेंट आइसोमोर्फिज्म ===
=== स्पर्शरेखा-कोटिस्पर्शज्या समरूपता ===
{{see also|Musical isomorphism}}
{{see also|संगीत समरूपता}}
मीट्रिक टेंसर स्पर्शरेखा बंडल से लेकर कोटेंजेंट बंडल तक एक [[ संगीतमय आइसोमोर्फिज्म ]] देता है, जिसे कभी -कभी संगीत समरूपता कहा जाता है।<ref>For the terminology "musical isomorphism", see {{harvtxt|Gallot|Hulin|Lafontaine|2004|p=75}}. See also {{harvtxt|Lee|1997|pp=27–29}}</ref> यह आइसोमोर्फिज्म प्रत्येक स्पर्शरेखा वेक्टर के लिए सेटिंग द्वारा प्राप्त किया जाता है {{math|''X''<sub>''p''</sub> ∈ T<sub>''p''</sub>''M''}},
मीट्रिक टेन्सर, स्पर्शरेखा बंडल से कोटिस्पर्शज्या बंडल तक एक [[ संगीतमय आइसोमोर्फिज्म |प्राकृतिक समरूपता]] प्रदान करता है, जिसे कभी-कभी संगीत समरूपता कहा जाता है।<ref>For the terminology "musical isomorphism", see {{harvtxt|Gallot|Hulin|Lafontaine|2004|p=75}}. See also {{harvtxt|Lee|1997|pp=27–29}}</ref> यह समरूपता प्रत्येक स्पर्शरेखा सदिश {{math|''X''<sub>''p''</sub> ∈ T<sub>''p''</sub>''M''}} के लिए निम्न समायोजन द्वारा प्राप्त की जाती है,


:<math>S_gX_p\, \stackrel\text{def}{=}\, g(X_p, -),</math>
:<math>S_gX_p\, \stackrel\text{def}{=}\, g(X_p, -),</math>
पर रैखिक कार्यात्मक {{math|T<sub>''p''</sub>''M''}} जो एक स्पर्शरेखा वेक्टर भेजता है {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}} पर {{mvar|p}} को {{math|''g''<sub>''p''</sub>(''X''<sub>''p''</sub>,''Y''<sub>''p''</sub>)}}।जो कि जोड़ी के संदर्भ में है {{math|[−, −]}} के बीच {{math|T<sub>''p''</sub>''M''}} और इसकी दोहरी जगह {{math|T{{su|b=''p''|p=∗}}''M''}},
यह {{math|T<sub>''p''</sub>''M''}} पर एक रैखिक फलनक है जो {{mvar|p}} से {{math|''g''<sub>''p''</sub>(''X''<sub>''p''</sub>,''Y''<sub>''p''</sub>)}} पर एक स्पर्शरेखा सदिश {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}} प्रेषित करता है। अर्थात्, सभी स्पर्शरेखा सदिशों {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} और {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}} के लिए {{math|T<sub>''p''</sub>''M''}} और इसके द्वैत अंतरिक्ष {{math|T{{su|b=''p''|p=∗}}''M''}} के बीच {{math|[−, −]}} युग्मन के पदों में


:<math>[S_gX_p, Y_p] = g_p(X_p, Y_p)</math>
:<math>[S_gX_p, Y_p] = g_p(X_p, Y_p)</math>
सभी स्पर्शरेखा वैक्टर के लिए {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} और {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}}।मानचित्रण {{math|''S''<sub>''g''</sub>}} से एक रैखिक परिवर्तन है {{math|T<sub>''p''</sub>''M''}} को {{math|T{{su|b=''p''|p=∗}}''M''}}।यह गैर-नियुक्तता की परिभाषा से अनुसरण करता है कि कर्नेल (सेट थ्योरी) {{math|''S''<sub>''g''</sub>}} शून्य तक कम हो जाता है, और इसलिए रैंक -अशुद्धि प्रमेय द्वारा, {{math|''S''<sub>''g''</sub>}} एक [[ रैखिक समरूपता ]] है।आगे, {{math|''S''<sub>''g''</sub>}} इस अर्थ में एक सममित रैखिक परिवर्तन है
प्रतिचित्रण {{math|''S''<sub>''g''</sub>}}, {{math|T<sub>''p''</sub>''M''}} से {{math|T{{su|b=''p''|p=∗}}''M''}} पर एक रैखिक रूपान्तरण है। यह अविकृति की परिभाषा से अनुसरण करता है कि {{math|''S''<sub>''g''</sub>}} का कर्नेल शून्य तक कम हो जाता है, और इसलिए कोटि-शून्यता प्रमेय द्वारा, {{math|''S''<sub>''g''</sub>}} एक [[ रैखिक समरूपता |रैखिक समरूपता]] है। इसके अतिरिक्त, {{math|''S''<sub>''g''</sub>}} इस अर्थ में एक सममित रैखिक रूपान्तरण है कि


:<math>[S_gX_p, Y_p] = [S_gY_p, X_p] </math>
:<math>[S_gX_p, Y_p] = [S_gY_p, X_p] </math>
सभी स्पर्शरेखा वैक्टर के लिए {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} और {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}}
सभी स्पर्शरेखा सदिशों  {{math|''X''<sub>''p''</sub>}} और {{math|''Y''<sub>''p''</sub>}} के लिए।


इसके विपरीत, किसी भी रैखिक आइसोमोर्फिज्म {{math|''S'' : T<sub>''p''</sub>''M'' → T{{su|b=''p''|p=∗}}''M''}} पर एक गैर-संघटित बिलिनियर रूप को परिभाषित करता है {{math|T<sub>''p''</sub>''M''}} के माध्यम से
इसके विपरीत, रैखिक समरूपता {{math|''S'' : T<sub>''p''</sub>''M'' → T{{su|b=''p''|p=∗}}''M''}}, {{math|T<sub>''p''</sub>''M''}} पर निम्न के माध्यम से एक अविकृत द्विरेखीय रूप को परिभाषित करती है


:<math>g_S(X_p, Y_p) = [SX_p, Y_p]\,.</math>
:<math>g_S(X_p, Y_p) = [SX_p, Y_p]\,.</math>
यह बिलिनियर रूप सममित है यदि और केवल अगर {{mvar|S}} सममित है।इस प्रकार सममित बिलिनियर रूपों के बीच एक प्राकृतिक एक-से-एक पत्राचार है {{math|T<sub>''p''</sub>''M''}} और सममित रैखिक आइसोमोर्फिज्म {{math|T<sub>''p''</sub>''M''}} दोहरे को {{math|T{{su|b=''p''|p=∗}}''M''}}
यह द्विरेखीय रूप सममित होता है यदि और केवल यदि, {{mvar|S}} सममित है। इस प्रकार {{math|T<sub>''p''</sub>''M''}} पर सममित द्विरेखीय रूपों और द्वैत {{math|T{{su|b=''p''|p=∗}}''M''}} पर {{math|T<sub>''p''</sub>''M''}} की सममित रेखीय समरूपता के बीच एक प्राकृतिक एकैकी संचार होता है।


जैसा {{mvar|p}} अलग हो जाता है {{mvar|M}}, {{math|''S''<sub>''g''</sub>}} बंडल के एक खंड को परिभाषित करता है {{math|Hom(T''M'', T*''M'')}} स्पर्शरेखा बंडल के [[ वेक्टर बंडल आकृति विज्ञान ]] को कोटेंजेंट बंडल में।इस खंड में समान चिकनाई है {{mvar|g}}: यह निरंतर, अलग-अलग, चिकनी, या वास्तविक-एनालिटिक के अनुसार है {{mvar|g}}।मानचित्रण {{math|''S''<sub>''g''</sub>}}, जो हर वेक्टर क्षेत्र से जुड़ता है {{mvar|M}} एक कोवेक्टर फ़ील्ड पर {{mvar|M}} एक वेक्टर क्षेत्र पर सूचकांक को कम करने का एक अमूर्त सूत्रीकरण देता है।का उलटा {{math|''S''<sub>''g''</sub>}} एक मानचित्रण है {{math|T*''M'' → T''M''}} जो, अनुरूप रूप से, एक कोवेक्टर क्षेत्र पर सूचकांक को बढ़ाने का एक सार सूत्रीकरण देता है।
क्योंकि {{mvar|p}}, {{mvar|M}} पर परिवर्तित होता है, अतः {{math|''S''<sub>''g''</sub>}} स्पर्शरेखा बंडल के [[ वेक्टर बंडल आकृति विज्ञान |सदिश बंडल]] समरूपता से कोटिस्पर्शरेखा बंडल पर बंडल {{math|Hom(T''M'', T*''M'')}} के एक खंड को परिभाषित करता है। इस खंड में {{mvar|g}} के समान ही सहजता है: अर्थात् यह {{mvar|g}} के अनुसार सतत, अवकलनीय, सहज या वास्तविक-विश्लेषणात्मक है। प्रतिचित्रण {{math|''S''<sub>''g''</sub>}} सदिश क्षेत्र पर "घातांक के अवनमन" का एक अमूर्त संरूपण प्रदान करता है, जो {{mvar|M}} के प्रत्येक सदिश क्षेत्र को {{mvar|M}} के एक उपसदिश क्षेत्र से जोड़ता है। {{math|''S''<sub>''g''</sub>}} का व्युत्क्रम एक प्रतिचित्रण {{math|T*''M'' → T''M''}} है, जो समान रूप से, एक उपसदिश क्षेत्र पर "घातांकों के उन्नयन" का एक अमूर्त संरूपण प्रदान करता है।


उलटा {{math|''S''{{su|b=''g''|p=−1}}}} एक रैखिक मानचित्रण को परिभाषित करता है
व्युत्क्रम {{math|''S''{{su|b=''g''|p=−1}}}} एक रेखीय प्रतिचित्रण
:<math>S_g^{-1} : \mathrm{T}^*M \to \mathrm{T}M</math>
:<math>S_g^{-1} : \mathrm{T}^*M \to \mathrm{T}M</math>
जो इस अर्थ में निरर्थक और सममित है
को परिभाषित करता है, जो इस अर्थ में व्युत्क्रमणीय और सममित है कि
:<math>\left[S_g^{-1}\alpha, \beta\right] = \left[S_g^{-1}\beta, \alpha\right]</math>
:<math>\left[S_g^{-1}\alpha, \beta\right] = \left[S_g^{-1}\beta, \alpha\right]</math>
सभी covectors के लिए {{mvar|α}}, {{mvar|β}}।इस तरह के एक नॉनसिंगुलर सममित मानचित्रण को एक मानचित्र में ([[ टेन्सर-हेम एडजंक्शन ]] द्वारा) को जन्म देता है
सभी उपसदिशों {{mvar|α}}, {{mvar|β}} के लिए। इस प्रकार का एक व्युत्क्रमणीय सममित प्रतिचित्रण, एक प्रतिचित्र
:<math>\mathrm{T}^*M \otimes \mathrm{T}^*M \to \mathbf{R}</math>
:<math>\mathrm{T}^*M \otimes \mathrm{T}^*M \to \mathbf{R}</math>
या टेंसर उत्पाद के एक खंड के लिए दोहरे दोहरे द्वारा
को [[ टेन्सर-हेम एडजंक्शन |टेन्सर-होम सहयोजन]] द्वारा या टेंसर गुणन
:<math>\mathrm{T}M \otimes \mathrm{T}M.</math>
:<math>\mathrm{T}M \otimes \mathrm{T}M.</math>
के एक खण्ड के लिए एक दोहरी द्वैत समरूपता द्वारा उत्पन्न करता है।


== चाप की लम्बाई और रेखा तत्व ==
माना {{mvar|g}}, {{mvar|M}} पर एक रीमैनियन मीट्रिक है। एक स्थानीय निर्देशांक प्रणाली {{math|''x''<sup>''i''</sup>}}, {{math|''i'' {{=}} 1, 2, …, ''n''}} में, मीट्रिक टेन्सर एक [[ मैट्रिक्स (गणित) |आव्यूह]] के रूप में प्रकट होता है, जिसे यहाँ {{math|'''G'''}} द्वारा निरूपित किया गया है, जिसकी प्रविष्टियाँ निर्देशांक सदिश क्षेत्रों के सापेक्ष मीट्रिक टेन्सर के घटक {{math|''g''<sub>''ij''</sub>}} हैं।


== arclength और लाइन तत्व ==
माना {{math|''γ''(''t'')}}, {{math|''a'' ''t'' ''b''}} के लिए {{mvar|M}} में एक खंडवार-अवकलनीय प्राचलिक वक्र है। वक्र के चाप की लंबाई को निम्न द्वारा परिभाषित किया जाता है
लगता है कि {{mvar|g}} एक रीमैनियन मीट्रिक है {{mvar|M}}।एक स्थानीय समन्वय प्रणाली में {{math|''x''<sup>''i''</sup>}}, {{math|''i'' {{=}} 1, 2, …, ''n''}}, मीट्रिक टेंसर एक [[ मैट्रिक्स (गणित) ]] के रूप में प्रकट होता है, यहां द्वारा निरूपित किया गया {{math|'''G'''}}, जिनकी प्रविष्टियाँ घटक हैं {{math|''g''<sub>''ij''</sub>}} समन्वय वेक्टर क्षेत्रों के सापेक्ष मीट्रिक टेंसर।
 
होने देना {{math|''γ''(''t'')}} एक टुकड़ा-अलग-अलग पैरामीट्रिक वक्र हो {{mvar|M}}, के लिए {{math|''a'' ≤ ''t'' ≤ ''b''}}।वक्र के आर्कलेंथ द्वारा परिभाषित किया गया है


:<math>L = \int_a^b \sqrt{ \sum_{i,j=1}^n g_{ij}(\gamma(t)) \left(\frac{d}{dt}x^i \circ \gamma(t)\right) \left(\frac{d}{dt} x^j \circ \gamma(t)\right)}\,dt \,.</math>
:<math>L = \int_a^b \sqrt{ \sum_{i,j=1}^n g_{ij}(\gamma(t)) \left(\frac{d}{dt}x^i \circ \gamma(t)\right) \left(\frac{d}{dt} x^j \circ \gamma(t)\right)}\,dt \,.</math>
इस ज्यामितीय अनुप्रयोग के संबंध में, द्विघात रूप [[ विभेदक रूप ]]
इस ज्यामितीय अनुप्रयोग के संबंध में, [[ विभेदक रूप |द्विघात अवकल रूप]]


:<math>ds^2 = \sum_{i,j=1}^n g_{ij}(p) dx^i dx^j</math>
:<math>ds^2 = \sum_{i,j=1}^n g_{ij}(p) dx^i dx^j</math>
मीट्रिक से जुड़ा पहला मौलिक रूप कहा जाता है, जबकि {{mvar|ds}} लाइन तत्व है।कब {{math|''ds''<sup>2</sup>}} एक वक्र की छवि के लिए [[ पुलबैक (विभेदक ज्यामिति) ]] है {{mvar|M}}, यह arclength के संबंध में अंतर के वर्ग का प्रतिनिधित्व करता है।
को मीट्रिक से सम्बद्ध प्रथम मौलिक रूप कहा जाता है, जबकि {{mvar|ds}} रेखा तत्व है। जब {{math|''ds''<sup>2</sup>}} को {{mvar|M}} में एक वक्र के प्रतिबिम्ब पर [[ पुलबैक (विभेदक ज्यामिति) |पुलबैक]] किया जाता है, तो यह चाप की लम्बाई के सापेक्ष अवकल के वर्ग को निरूपित करता है।


एक छद्म-रीमैनियन मीट्रिक के लिए, ऊपर की लंबाई का सूत्र हमेशा परिभाषित नहीं किया जाता है, क्योंकि वर्गमूल के नीचे का शब्द नकारात्मक हो सकता है।हम आम तौर पर केवल एक वक्र की लंबाई को परिभाषित करते हैं जब वर्गमूल के नीचे की मात्रा हमेशा एक संकेत या दूसरे की होती है।इस मामले में, परिभाषित करें
छद्म-रीमैनियन मीट्रिक के लिए, उपरोक्त लंबाई सूत्र सदैव परिभाषित नहीं होता है, क्योंकि वर्गमूल के अंतर्गत पद ऋणात्मक हो सकता है। हम सामान्यतः केवल एक वक्र की लंबाई को तब परिभाषित करते हैं जब वर्गमूल के अंतर्गत पद का चिह्न सदैव समान या विपरीत होता है। इस स्थिति में


:<math>L = \int_a^b \sqrt{ \left|\sum_{i,j=1}^ng_{ij}(\gamma(t)) \left(\frac{d}{dt}x^i \circ \gamma(t)\right)\left(\frac{d}{dt}x^j \circ \gamma(t)\right)\right|}\,dt \, .</math>
:<math>L = \int_a^b \sqrt{ \left|\sum_{i,j=1}^ng_{ij}(\gamma(t)) \left(\frac{d}{dt}x^i \circ \gamma(t)\right)\left(\frac{d}{dt}x^j \circ \gamma(t)\right)\right|}\,dt \, .</math>
ध्यान दें कि, जबकि ये सूत्र समन्वय अभिव्यक्तियों का उपयोग करते हैं, वे वास्तव में चुने गए निर्देशांक से स्वतंत्र हैं;वे केवल मीट्रिक पर निर्भर करते हैं, और वक्र जिसके साथ सूत्र एकीकृत है।
को परिभाषित किया जाता है। ध्यान दें कि, जबकि ये सूत्र निर्देशांक व्यंजकों का उपयोग करते हैं, ये वास्तव में चुने गए निर्देशांकों से स्वतंत्र होते हैं; ये केवल मीट्रिक और उस वक्र पर निर्भर करते हैं जिसके साथ यह सूत्र समाकलित होता है।


=== ऊर्जा, परिवर्तनशील सिद्धांत और जियोडेसिक्स ===
=== ऊर्जा, परिवर्तनशील सिद्धांत और जियोडेसिक्स ===
एक वक्र के एक खंड को देखते हुए, एक और अक्सर परिभाषित मात्रा वक्र की (गतिज) ऊर्जा है:
वक्र के एक खंड के लिए, एक अन्य प्रायः परिभाषित राशि वक्र की (गतिज) '''ऊर्जा''' है:


:<math>E = \frac{1}{2} \int_a^b \sum_{i,j=1}^ng_{ij}(\gamma(t)) \left(\frac{d}{dt}x^i \circ \gamma(t)\right)\left(\frac{d}{dt}x^j \circ \gamma(t)\right)\,dt \,. </math>
:<math>E = \frac{1}{2} \int_a^b \sum_{i,j=1}^ng_{ij}(\gamma(t)) \left(\frac{d}{dt}x^i \circ \gamma(t)\right)\left(\frac{d}{dt}x^j \circ \gamma(t)\right)\,dt \,. </math>
यह उपयोग भौतिकी, विशेष रूप से, [[ शास्त्रीय यांत्रिकी ]] से आता है, जहां अभिन्न अंग {{mvar|E}} एक गुना की सतह पर चलते हुए एक बिंदु कण की [[ गतिज ऊर्जा ]] के सीधे अनुरूप देखा जा सकता है।इस प्रकार, उदाहरण के लिए, जैकोबी के माउपरटुइस के सिद्धांत के निर्माण में, मीट्रिक टेंसर को एक चलती कण के द्रव्यमान टेंसर के अनुरूप देखा जा सकता है।
यह उपयोग भौतिकी, विशेष रूप से, [[ शास्त्रीय यांत्रिकी |चिरसम्मत यांत्रिकी]] से आता है, जहाँ समाकल {{mvar|E}} को मैनिफोल्ड की सतह पर चलने वाले बिंदु कण की [[ गतिज ऊर्जा |गतिज ऊर्जा]] के प्रत्यक्ष अनुरूप देखा जा सकता है। इस प्रकार, उदाहरण के लिए, जैकोबी के मौपरर्टुइस सिद्धांत के सूत्रीकरण में, मीट्रिक टेन्सर को गतिमान कण के द्रव्यमान टेन्सर के अनुरूप देखा जा सकता है।


कई मामलों में, जब भी गणना की लंबाई का उपयोग करने के लिए कॉल करता है, तो ऊर्जा का उपयोग करके एक समान गणना भी की जा सकती है।यह अक्सर वर्ग-रूट की आवश्यकता से बचकर सरल सूत्रों की ओर जाता है।इस प्रकार, उदाहरण के लिए, [[ जियोडेसिक समीकरण ]]ों को लंबाई या ऊर्जा के लिए परिवर्तनशील सिद्धांतों को लागू करके प्राप्त किया जा सकता है।बाद के मामले में, जियोडेसिक समीकरणों को कम से कम कार्रवाई के सिद्धांत से उत्पन्न होने के लिए देखा जाता है: वे एक मुक्त कण (एक कण महसूस नहीं बल) की गति का वर्णन करते हैं जो कई गुना बढ़ने के लिए सीमित होता है, लेकिन अन्यथा स्वतंत्र रूप से, स्थिर के साथ चलता हैगति, कई गुना के भीतर।<ref>{{harvnb|Sternberg|1983}}</ref>
कई स्थितियों में, जब भी गणना के लिए लंबाई का उपयोग करने की आवश्यकता होती है, तो यह गणना, ऊर्जा का उपयोग करके भी की जा सकती है। यह प्रायः वर्ग-मूल की आवश्यकता से बचते हुए सरल सूत्रों की प्रदान करता है। इस प्रकार, उदाहरण के लिए, [[ जियोडेसिक समीकरण |जियोडेसिक समीकरणों]] को परिवर्तनशील सिद्धांतों को या तो लंबाई या ऊर्जा में प्रयुक्त करके प्राप्त किया जा सकता है। बाद वाली स्थिति में, जियोडेसिक समीकरण न्यूनतम क्रिया के सिद्धांत से उत्पन्न होते हैं: ये एक ऐसे "मुक्त कण" (किसी बल का अनुभव नहीं करने वाला कण) की गति का वर्णन करते हैं जो मैनिफोल्ड पर गति करने के लिए पर्याप्त है, लेकिन अन्यथा मैनिफोल्ड के भीतर नियत संवेग से स्वतंत्र रूप से गति करता है।<ref>{{harvnb|Sternberg|1983}}</ref>
== प्रमाणिक माप और आयतन रूप ==
सतहों की स्थिति के अनुरूप, एक {{mvar|n}}-विमीय परा-सुसंहत मैनिफोल्ड {{mvar|M}} पर एक मीट्रिक टेंसर, मैनिफोल्ड के उपसमुच्चय के {{mvar|n}}-विमीय [[ मात्रा |आयतन]] को मापने के लिए एक प्राकृतिक विधि को जन्म देता है। परिणामी प्राकृतिक धनात्मक बोरेल माप से संबंधित [[ लेबेसग्यू इंटीग्रल |लेबेसेग समाकल]] के माध्यम से मैनिफोल्ड पर फलनों को समाकलित करने के सिद्धांत को विकसित करने की अनुमति मिलती है।


एक माप को [[ Riesz प्रतिनिधित्व प्रमेय |रिज निरूपण प्रमेय]] द्वारा {{mvar|M}} पर [[ कॉम्पैक्ट समर्थन |सघन]] रूप से समर्थित सतत फलनों के अंतरिक्ष {{math|''C''<sub>0</sub>(''M'')}} पर एक [[ सकारात्मक रैखिक कार्यात्मक |धनात्मक रैखिक फलनक]] {{mvar|Λ}} देते हुए परिभाषित किया जा सकता है। अधिक यथार्थ रूप से, यदि {{mvar|M}}, एक (छद्म-) रीमैनियन मीट्रिक टेंसर {{mvar|g}} वाला एक मैनिफोल्ड है, तो {{math|''μ''<sub>''g''</sub>}} एक ऐसा अद्वितीय धनात्मक बोरेल माप होता है कि किसी भी [[ समन्वय चार्ट |निर्देशांक चार्ट]] {{math|(''U'', ''φ'')}} के लिए,<math display="block">\Lambda f = \int_U f \, d\mu_g = \int_{\varphi(U)} f \circ \varphi^{-1}(x) \sqrt{\left|\det g\right|}\,dx</math>{{mvar|U}} में समर्थित सभी {{mvar|f}} के लिए। यहाँ {{math|det ''g''}} निर्देशांक चार्ट में मीट्रिक टेंसर के घटकों द्वारा गठित आव्यूह का सारणिक है। वह {{math|Λ}} निर्देशांक निकट-क्षेत्रों में समर्थित फलनों पर अच्छी तरह से परिभाषित है, चर के [[ प्रतिस्थापन द्वारा समाकलन |जैकोबियन परिवर्तन]] द्वारा संतुष्ट है। यह इकाई के विभाजन के माध्यम से {{math|''C''<sub>0</sub>(''M'')}} पर एक अद्वितीय धनात्मक रैखिक फलनक तक विस्तारित है।


== कैनोनिकल माप और वॉल्यूम फॉर्म ==
यदि {{mvar|M}} भी [[ अभिविन्यास (गणित) |दिष्ट]] है, तो मीट्रिक टेन्सर से प्राकृतिक आयतन के रूप को परिभाषित करना संभव है। धनात्मक रूप से दिष्ट निर्देशांक प्रणाली {{math|(''x''<sup>''1''</sup>, ..., ''x''<sup>''n''</sup>)}} में, आयतन रूप को इस प्रकार निरूपित किया जाता है<math display="block">\omega = \sqrt{\left|\det g\right|} \, dx^1 \wedge \cdots \wedge dx^n</math>जहाँ {{math|''dx''<sup>''i''</sup>}} [[ समन्वय अंतर |निर्देशांक अवकल]] हैं और {{math|∧}} अवकल रूपों की बीजगणित में [[ बाहरी उत्पाद |बाह्य गुणन]] को दर्शाता है। आयतन रूप, मैनिफोल्ड पर फलनों को समाकलित करने की एक विधि भी प्रदान करता है, और यह ज्यामितीय समाकल प्रमाणिक बोरेल माप द्वारा प्राप्त समाकल से सहमत है।
सतहों के मामले के साथ सादृश्य में, एक मीट्रिक टेंसर पर {{mvar|n}}-डिमेंशनल पैराकंपैक्ट मैनिफोल्ड {{mvar|M}} मापने के लिए एक प्राकृतिक तरीके को जन्म देता है {{mvar|n}}कई गुना के सबसेट की [[ मात्रा ]] की मात्रा।परिणामस्वरूप प्राकृतिक सकारात्मक बोरेल उपाय किसी को संबंधित [[ लेबेसग्यू इंटीग्रल ]] के माध्यम से कई गुना पर कार्यों को एकीकृत करने का एक सिद्धांत विकसित करने की अनुमति देता है।
 
एक माप को एक [[ सकारात्मक रैखिक कार्यात्मक ]] देकर, [[ Riesz प्रतिनिधित्व प्रमेय ]] द्वारा परिभाषित किया जा सकता है {{mvar|Λ}} अंतरिक्ष में {{math|''C''<sub>0</sub>(''M'')}} [[ कॉम्पैक्ट समर्थन ]] निरंतर कार्यों पर {{mvar|M}}।अधिक सटीक रूप से, अगर {{mvar|M}} एक (छद्म-) riemannian मीट्रिक टेंसर के साथ एक कई गुना है {{mvar|g}}, फिर एक अद्वितीय सकारात्मक बोरेल उपाय है {{math|''μ''<sub>''g''</sub>}} ऐसा कि किसी भी [[ समन्वय चार्ट ]] के लिए {{math|(''U'', ''φ'')}},
<math display="block">\Lambda f = \int_U f \, d\mu_g = \int_{\varphi(U)} f \circ \varphi^{-1}(x) \sqrt{\left|\det g\right|}\,dx</math>
सबके लिए {{mvar|f}} में समर्थित है {{mvar|U}}।यहां {{math|det ''g''}} समन्वय चार्ट में मीट्रिक टेंसर के घटकों द्वारा गठित मैट्रिक्स का निर्धारक है।उस {{math|Λ}} समन्वय पड़ोस में समर्थित कार्यों पर अच्छी तरह से परिभाषित है, [[ प्रतिस्थापन द्वारा एकीकरण ]] द्वारा उचित है।यह एक अद्वितीय सकारात्मक रैखिक कार्यात्मक तक फैली हुई है {{math|''C''<sub>0</sub>(''M'')}} एकता के एक विभाजन के माध्यम से।
 
यदि {{mvar|M}} भी [[ अभिविन्यास (गणित) ]] है, तो मीट्रिक टेंसर से एक प्राकृतिक मात्रा रूप को परिभाषित करना संभव है।एक दाएं हाथ के समन्वय प्रणाली में {{math|(''x''<sup>''1''</sup>, ..., ''x''<sup>''n''</sup>)}} वॉल्यूम फॉर्म का प्रतिनिधित्व किया जाता है
<math display="block">\omega = \sqrt{\left|\det g\right|} \, dx^1 \wedge \cdots \wedge dx^n</math>
जहां {{math|''dx''<sup>''i''</sup>}} [[ समन्वय अंतर ]] हैं और {{math|∧}} विभेदक रूपों के बीजगणित में [[ बाहरी उत्पाद ]] को दर्शाता है।वॉल्यूम फॉर्म भी कई गुना पर कार्यों को एकीकृत करने का एक तरीका देता है, और यह ज्यामितीय अभिन्न कैनोनिकल बोरेल माप द्वारा प्राप्त अभिन्न के साथ सहमत है।


== उदाहरण ==
== उदाहरण ==


=== यूक्लिडियन मीट्रिक ===
=== यूक्लिडीय मीट्रिक ===
सबसे परिचित उदाहरण प्राथमिक [[ यूक्लिडियन ज्यामिति ]] का है: द्वि-आयामी [[ यूक्लिडियन दूरी ]] मीट्रिक टेंसर।सामान्य रूप में {{math|(''x'', ''y'')}} निर्देशांक, हम लिख सकते हैं
प्रारंभिक [[ यूक्लिडियन ज्यामिति |यूक्लिडीय ज्यामिति]] (द्वि-आयामी [[ यूक्लिडियन दूरी |यूक्लिडीय]] मीट्रिक टेन्सर) का उदाहरण सबसे व्यावहारिक उदाहरण है। सामान्य {{math|(''x'', ''y'')}} निर्देशांकों में हम लिख सकते हैं


:<math>g = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1\end{bmatrix} \,. </math>
:<math>g = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1\end{bmatrix} \,. </math>
एक वक्र की लंबाई सूत्र में कम हो जाती है:
वक्र की लंबाई इस सूत्र में परिवर्तित हो जाती है:


:<math>L = \int_a^b \sqrt{ (dx)^2 + (dy)^2} \,. </math>
:<math>L = \int_a^b \sqrt{ (dx)^2 + (dy)^2} \,. </math>
कुछ अन्य सामान्य समन्वय प्रणालियों में यूक्लिडियन मीट्रिक को निम्नानुसार लिखा जा सकता है।
यूक्लिडीय मीट्रिक को कुछ अन्य सामान्य निर्देशांक प्रणालियों में निम्नानुसार लिखा जा सकता है।


[[ धुवीय निर्देशांक ]] {{math|(''r'', ''θ'')}}:
[[ धुवीय निर्देशांक |धुवीय निर्देशांक]] {{math|(''r'', ''θ'')}}:
:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
   x &= r \cos\theta \\
   x &= r \cos\theta \\
Line 506: Line 488:
   \end{bmatrix}
   \end{bmatrix}
</math>
</math>
[[ त्रिकोणमितीय पहचान ]] द्वारा।
[[ त्रिकोणमितीय पहचान |त्रिकोणमितीय सर्वसमिकाओं]] द्वारा।


सामान्य तौर पर, एक कार्टेशियन समन्वय प्रणाली में {{math|''x''<sup>''i''</sup>}} एक यूक्लिडियन स्थान पर, आंशिक डेरिवेटिव {{math|∂ / ∂''x<sup>i</sup>''}} यूक्लिडियन मीट्रिक के संबंध में [[ रूढ़िवादी ]] हैं।इस प्रकार मीट्रिक टेंसर क्रोनकर डेल्टा है<sub>''ij''</sub> इस समन्वय प्रणाली में।मनमाना (संभवतः वक्रता) निर्देशांक के संबंध में मीट्रिक टेंसर {{math|''q<sup>i</sup>''}} द्वारा दिया गया है
सामान्य रूप से, एक यूक्लिडीय अंतरिक्ष पर कार्तीय निर्देशांक प्रणाली {{math|''x''<sup>''i''</sup>}} में आंशिक अवकलज {{math|∂ / ∂''x<sup>i</sup>''}} यूक्लिडीय मीट्रिक के सापेक्ष [[ रूढ़िवादी |ऑर्थोनॉर्मल]] होते हैं। इस प्रकार मीट्रिक टेन्सर इस निर्देशांक प्रणाली में क्रोनकर डेल्टा δ<sub>''ij''</sub> है। स्वेच्छ (संभवतः वक्ररेखीय) निर्देशांक {{math|''q<sup>i</sup>''}} के सापेक्ष मीट्रिक टेन्सर इस प्रकार है
:<math>g_{ij} =
:<math>g_{ij} =
   \sum_{kl}\delta_{kl}\frac{\partial x^k}{\partial q^i} \frac{\partial x^l}{\partial q^j} =
   \sum_{kl}\delta_{kl}\frac{\partial x^k}{\partial q^i} \frac{\partial x^l}{\partial q^j} =
Line 514: Line 496:
</math>
</math>


 
==== एक गोले पर वृत्तीय मीट्रिक ====
==== एक क्षेत्र पर गोल मीट्रिक ====
{{math|'''ℝ'''<sup>3</sup>}} में इकाई गोला, प्रेरित मीट्रिक अनुभाग में वर्णित प्रक्रिया के माध्यम से परिवेशी यूक्लिडीय मीट्रिक से प्रेरित एक प्राकृतिक मीट्रिक से सुसज्जित है। मानक गोलाकार निर्देशांक {{math|(''θ'', ''φ'')}} में, {{math|''θ''}} कोटिपूरक अक्षांश, {{mvar|z}}-अक्ष से मापा गया कोण, और {{mvar|φ}}, {{mvar|xy}}-समतल में {{mvar|x}}-अक्ष से कोण है, तब मीट्रिक का रूप इस प्रकार है
में इकाई क्षेत्र {{math|'''ℝ'''<sup>3</sup>}} Metric_tensor#Indeded_metric में बताई गई प्रक्रिया के माध्यम से परिवेश यूक्लिडियन मीट्रिक से प्रेरित एक प्राकृतिक मीट्रिक से सुसज्जित है।मानक गोलाकार निर्देशांक में {{math|(''θ'', ''φ'')}}, साथ {{math|''θ''}} कोलाट्यूट, कोण से मापा जाता है {{mvar|z}}-एक्सिस, और {{mvar|φ}} से कोण {{mvar|x}}-एक्सिस में {{mvar|xy}}-प्लेन, मीट्रिक फॉर्म लेता है


:<math>g = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & \sin^2 \theta\end{bmatrix} \,.</math>
:<math>g = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & \sin^2 \theta\end{bmatrix} \,.</math>
यह आमतौर पर फॉर्म में लिखा जाता है
यह सामान्यतः निम्न रूप में लिखा जाता है


:<math>ds^2 = d\theta^2 + \sin^2\theta\,d\varphi^2\,.</math>
:<math>ds^2 = d\theta^2 + \sin^2\theta\,d\varphi^2\,.</math>
=== सापेक्षता से लोरेंट्ज़ियन मीट्रिक ===
{{main|मीट्रिक टेंसर (सामान्य सापेक्षता)}}


 
निम्न निर्देशांक वाले एकसमान मिन्कोव्स्की अंतरिक्ष ([[ विशेष सापेक्षता |विशेष सापेक्षता]]) में,
=== लोरेंट्ज़ियन मेट्रिक्स रिलेटिविटी से ===
{{main|Metric tensor (general relativity)}}
समन्वय के साथ फ्लैट मिंकोव्स्की अंतरिक्ष ([[ विशेष सापेक्षता ]]) में
:<math>r^\mu \rightarrow \left(x^0, x^1, x^2, x^3\right) = (ct, x, y, z) \, ,</math>
:<math>r^\mu \rightarrow \left(x^0, x^1, x^2, x^3\right) = (ct, x, y, z) \, ,</math>
मीट्रिक, [[ मीट्रिक हस्ताक्षर ]] की पसंद पर निर्भर करता है,
[[ मीट्रिक हस्ताक्षर |मीट्रिक संकेतक]] के चयन के आधार पर मीट्रिक है,
:<math>g = \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0\\ 0 & -1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & -1 \end{bmatrix} \quad \text{or} \quad g = \begin{bmatrix} -1 & 0 & 0 & 0\\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \,. </math>
:<math>g = \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0\\ 0 & -1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & -1 \end{bmatrix} \quad \text{or} \quad g = \begin{bmatrix} -1 & 0 & 0 & 0\\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \,. </math>
एक वक्र के साथ -उदाहरण के लिए - निरंतर समय समन्वय करें, इस मीट्रिक के साथ लंबाई का सूत्र सामान्य लंबाई के सूत्र को कम कर देता है।एक [[ स्पेसटाइम अंतराल ]] वक्र के लिए, लंबाई का सूत्र वक्र के साथ [[ उचित समय ]] देता है।
उदाहरण के लिए, स्थिर समय निर्देशांक वाले एक वक्र के लिए, इस मीट्रिक वाला लंबाई सूत्र सामान्य लंबाई सूत्र में परिवर्तित होता है। [[ स्पेसटाइम अंतराल |समयबद्ध]] वक्र के लिए, लंबाई सूत्र वक्र के अनुदिश [[ उचित समय |उचित समय]] प्रदान करता है।


इस मामले में, स्पेसटाइम अंतराल के रूप में लिखा गया है
इस स्थिति में, दिक्काल अंतराल को निम्न रूप में लिखा जाता है
:<math>ds^2 = c^2 dt^2 - dx^2 - dy^2 - dz^2 = dr^\mu dr_\mu = g_{\mu \nu} dr^\mu dr^\nu\,. </math>
:<math>ds^2 = c^2 dt^2 - dx^2 - dy^2 - dz^2 = dr^\mu dr_\mu = g_{\mu \nu} dr^\mu dr^\nu\,. </math>
[[ श्वार्ज़शिल्ड मीट्रिक ]] एक गोलाकार सममित शरीर के आसपास स्पेसटाइम का वर्णन करता है, जैसे कि एक ग्रह, या एक [[ ब्लैक होल ]]।समन्वय के साथ
[[ श्वार्ज़शिल्ड मीट्रिक |श्वार्ज़स्चिल्ड मीट्रिक]], गोलाकार रूप से सममित एक पिंड, जैसे ग्रह, या [[ ब्लैक होल |ब्लैक होल]] के चारों ओर दिक्काल का वर्णन करता है। निर्देशांकों
:<math>\left(x^0, x^1, x^2, x^3\right) = (ct, r, \theta, \varphi) \,,</math>
:<math>\left(x^0, x^1, x^2, x^3\right) = (ct, r, \theta, \varphi) \,,</math>
हम मीट्रिक के रूप में लिख सकते हैं
के साथ, हम मीट्रिक को इस रूप में लिख सकते हैं
:<math>g_{\mu\nu} =
:<math>g_{\mu\nu} =
   \begin{bmatrix}
   \begin{bmatrix}
Line 545: Line 525:
   \end{bmatrix}\,,
   \end{bmatrix}\,,
</math>
</math>
कहां {{mvar|G}} (मैट्रिक्स के अंदर) गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है और {{mvar|M}} केंद्रीय वस्तु की कुल द्रव्यमान-ऊर्जा सामग्री का प्रतिनिधित्व करता है।
जहाँ {{mvar|G}} (आव्यूह के अंदर) गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है और {{mvar|M}} केंद्रीय वस्तु की कुल द्रव्यमान-ऊर्जा सामग्री को निरूपित करता है।


== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
* [[ घुमावदार स्पेसटाइम के गणित का मूल परिचय ]]
* [[ घुमावदार स्पेसटाइम के गणित का मूल परिचय |वक्राकार दिक्काल की गणित का मूल परिचय]]
* [[ क्लिफोर्ड बीजगणित ]]
* [[ क्लिफोर्ड बीजगणित |क्लिफोर्ड बीजगणित]]
* [[ फिन्सलर मैनिफोल्ड ]]
* [[ फिन्सलर मैनिफोल्ड |फिन्सलर मैनिफोल्ड]]
* [[ समन्वय चार्ट की सूची ]]
* [[ समन्वय चार्ट की सूची |निर्देशांक चार्ट की सूची]]
* [[ रिक्की कैलकुलस ]]
* [[ रिक्की कैलकुलस |रिक्की कलन]]
* टिसोट्स इंडिकेट्रिक्स, मीट्रिक टेंसर की कल्पना करने के लिए एक तकनीक
* टिसोट्स सूचिका, मीट्रिक टेंसर की कल्पना करने के लिए एक तकनीक


==टिप्पणियाँ==
==टिप्पणियाँ==
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==इस पृष्ठ में गुम आंतरिक लिंक की सूची==
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*आधार परिवर्तन
*उलटा मैट्रिक्स
*एक द्विघात रूप का हस्ताक्षर
*दोहरी आधार
*क्रोनकर डेल्टा
*विसर्जित सबमेनिफोल्ड
*पुष्पन (विभेदक)
*सतत कार्य
*धारा (फाइबर बंडल)
*दोहरी स्थान
*प्राकृतिक समद्वंद्वी
*मीट्रिक बंडल)
*कर्नेल (सेट सिद्धांत)
*सममितीय परिवर्तन
*दोहरा दोहरी
*भौतिक विज्ञान
*परिवर्तन संबंधी सिद्धांत
*कम से कम कार्रवाई का सिद्धांत
*बोरल माप
*एकता का विभाजन
*खंड रूप
*दाहिने हाथ का समन्वय प्रणाली
*कार्तीय समन्वय प्रणाली
*टकराना
*मिंकोव्स्की स्पेस
*गुरुत्वाकर्षण -निरंतर
*जन ऊर्जा
==संदर्भ==
==संदर्भ==
* {{Citation | last1=Dodson | first1=C. T. J. | last2=Poston | first2=T. | title=Tensor geometry | publisher=Springer-Verlag | location=Berlin, New York | edition=2nd | series=Graduate Texts in Mathematics | isbn=978-3-540-52018-4 |mr=1223091 | year=1991 | volume=130 | doi=10.1007/978-3-642-10514-2}}
* {{Citation | last1=Dodson | first1=C. T. J. | last2=Poston | first2=T. | title=Tensor geometry | publisher=Springer-Verlag | location=Berlin, New York | edition=2nd | series=Graduate Texts in Mathematics | isbn=978-3-540-52018-4 |mr=1223091 | year=1991 | volume=130 | doi=10.1007/978-3-642-10514-2}}
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}}
* {{Citation | last1=Wells | first1=Raymond | author1-link=Raymond O. Wells, Jr. | title=Differential Analysis on Complex Manifolds | publisher=Springer-Verlag | location=Berlin, New York | year=1980|url=https://epdf.pub/differential-analysis-on-complex-manifolds.html}}
* {{Citation | last1=Wells | first1=Raymond | author1-link=Raymond O. Wells, Jr. | title=Differential Analysis on Complex Manifolds | publisher=Springer-Verlag | location=Berlin, New York | year=1980|url=https://epdf.pub/differential-analysis-on-complex-manifolds.html}}
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{{tensors}}
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Latest revision as of 17:24, 12 September 2023

अवकल ज्यामिति के गणितीय क्षेत्र में, एक मीट्रिक टेन्सर (या केवल मीट्रिक) मैनिफोल्ड M (जैसे सतह) पर एक ऐसी अतिरिक्त गणितीय संरचना है जो दूरी और कोणों को परिभाषित करने की अनुमति ठीक उसी प्रदान करती है, जिस प्रकार यूक्लिडीय अंतरिक्ष पर आंतरिक गुणनफल, दूरी और कोण को परिभाषित करने की अनुमति प्रदान करता है। अधिक यथार्थ रूप से, M के किसी बिंदु p पर एक मीट्रिक टेन्सर, p पर स्पर्शरेखा समष्टि पर परिभाषित एक द्विरेखीय रूप है (अर्थात्, एक द्विरेखीय फलन, जो स्पर्शरेखा सदिश युग्मों को वास्तविक संख्याओं में प्रतिचित्रित करता है), और M पर एक मीट्रिक टेंसर में M के प्रत्येक बिंदु p पर एक ऐसा मीट्रिक टेंसर होता है जो आसानी से p के साथ परिवर्तित होता रहता है।

एक मीट्रिक टेन्सर g धनात्मक-निश्चित होता है यदि, प्रत्येक अशून्य सदिश v के लिए, g(v, v) > 0। धनात्मक-निश्चित मीट्रिक टेन्सर से सुसज्जित मैनिफोल्ड को रीमैनियन मैनिफोल्ड के रूप में जाना जाता है। इस प्रकार के एक मीट्रिक टेन्सर पर किसी मैनिफोल्ड पर अतिसूक्ष्म दूरी को निर्दिष्ट करने के बारे में विचार किया जा सकता है। रीमैनियन मैनिफोल्ड M पर, दो बिंदुओं p और q के बीच एक निष्कोण वक्र की लंबाई को समाकलन द्वारा परिभाषित किया जा सकता है, और p और q के बीच की दूरी को इस प्रकार के सभी वक्रों की लंबाई के न्यूनतम के रूप में परिभाषित किया जा सकता है; यह M को एक मीट्रिक समष्टि बनाता है। इसके विपरीत, मीट्रिक टेन्सर स्वयं दूरी फलन (उपयुक्त तरीके से लिया गया) का अवकलज है।[citation needed]

हालाँकि एक मीट्रिक टेन्सर की धारणा कुछ अर्थों में कार्ल गॉस जैसे गणितज्ञों को 19वीं शताब्दी के प्रारंभ से ज्ञात थी, फिर भी 20वीं शताब्दी के प्रारंभ तक ऐसा नहीं था कि टेन्सर के रूप में इसके गुणों को विशेष रूप से ग्रेगोरियो रिक्की-क्लैस्ट्रो और टुल्लियो लेवी-सिविटा द्वारा समझा गया था, जिन्होंने पहली बार एक टेंसर की धारणा को संहिताबद्ध किया। मीट्रिक टेंसर, टेंसर क्षेत्र का एक उदाहरण है।

किसी मीट्रिक टेन्सर के घटक एक निर्देशांक आधार पर एक सममित आव्यूह के रूप में लिए जाते हैं, जिनकी प्रविष्टियाँ निर्देशांक प्रणाली में परिवर्तन के तहत सहपरिवर्ती रूप से रूपांतरित होती हैं। इस प्रकार एक मीट्रिक टेन्सर एक सहपरिवर्ती सममित टेन्सर होता है। निर्देशांक-मुक्त दृष्टिकोण से, एक मीट्रिक टेन्सर क्षेत्र को प्रत्येक स्पर्शरेखा समष्टि पर एक ऐसे अविकृत सममित द्विरेखीय रूप के रूप में परिभाषित किया जाता है जो बिंदु से बिंदु तक सुचारू रूप से परिवर्तित होता है।

परिचय

कार्ल फ्रेडरिक गॉस ने अपने वर्ष 1827 के डिक्विजिशन्स जेनरल सर्का सुपरफिसीज कर्वस (वक्राकार सतहों की सामान्य जाँच) में दो सहायक चरों u और v के आधार पर सतह पर बिंदुओं के कार्तीय निर्देशांक x, y, और z वाली एक सतह को प्राचलिक रूप से माना। इस प्रकार प्राचलिक सतह (वर्तमान संदर्भ में) एक सदिश-मान फलन होता है

वास्तविक चर (u, v) के एक क्रमित युग्म के आधार पर, और uv-समतल में इसे एक खुले समुच्चय D में परिभाषित किया गया है। गॉस की जाँच के मुख्य उद्देश्यों में से एक सतह की उन विशेषताओं को प्राप्त करना था, जिन्हें एक ऐसे फलन द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जो सतह के अंतरिक्ष में एक परिवर्तन (जैसे सतह को बिना खींचे हुए झुकना), या एक ही ज्यामितीय सतह के विशेष प्राचलिक रूप में परिवर्तन से गुजरने पर अपरिवर्तित रहता है।

सतह के अनुदिश खींची गई वक्र की लंबाई ऐसी ही एक प्राकृतिक अपरिवर्तनीय राशि है। ऐसी ही एक अन्य राशि, सतह के अनुदिश खींचे गए वक्रों के एक युग्म और एक उभयनिष्ठ बिंदु पर प्रतिच्छेदन के बीच का कोण है। सतह के एक खण्ड का क्षेत्रफल भी ऐसी ही एक तीसरी राशि है। सतह के इन निश्चरों के अध्ययन ने गॉस को मीट्रिक टेन्सर की आधुनिक धारणा के पूर्ववर्ती को प्रस्तुत करने के लिए प्रेरित किया।

नीचे दिए गए विवरण में मीट्रिक टेन्सर है; इस आव्यूह में E, F, और G कोई भी संख्या ग्रहण कर सकते हैं जब तक कि आव्यूह धनात्मक निश्चित है।

चाप की लंबाई

यदि चरों u और v को एक अंतराल [a, b] से मान ग्रहण हुए एक तीसरे चर, t पर निर्भर करते हुए लिया जाता है, तो r(u(t), v(t)), प्राचलिक सतह M में एक प्राचलिक वक्र आरेखित करता है। इस वक्र के चाप की लंबाई निम्न समाकल द्वारा दी जाती है

जहाँ यूक्लिडीय मानक (फलन) को निरूपित करता है। यहाँ श्रृंखला नियम लागू किया गया है, और सबस्क्रिप्ट निम्न आंशिक अवकलजों को दर्शाते हैं:

समाकल्य (द्विघात) निम्न अवकल के वर्गमूल के वक्र के लिए प्रतिबंध[1] है

 

 

 

 

(1)

जहाँ

 

 

 

 

(2)

(1) में राशि ds को रेखा तत्व, जबकि ds2 को M का पहला मौलिक रूप कहा जाता है। सहज रूप से, यह r(u, v) द्वारा किए गए विस्थापन के वर्ग के मुख्य भाग को निरूपित करता है, जब u में du इकाई और v में dv इकाई की वृद्धि होती है।

आव्यूह संकेतन का उपयोग करते हुए, पहला मौलिक रूप इस प्रकार है

निर्देशांक रूपान्तरण

अब माना u और v को चरों के एक और युग्म u और v पर निर्भर होने की अनुमति देते हुए एक भिन्न प्राचलीकरण का चयन किया जाता है। तब नए चरों के लिए (2) का अनुरूप निम्न है

 

 

 

 

(2')

श्रृंखला नियम, निम्न आव्यूह समीकरण के माध्यम से E, F, और G को E, F, और G से संबंधित करता है

 

 

 

 

(3)

जहाँ सुपरस्क्रिप्ट T आव्यूह परिवर्त को दर्शाता है। गुणांकों E, F, और G वाले आव्यूह इस प्रकार व्यवस्थित किया जाता है, और इस प्रकार निम्न निर्देशांक परिवर्तन के जैकोबियन आव्यूह द्वारा रूपान्तरित किया जाता है

इस तरह से रूपांतरित होने वाला एक आव्यूह एक ऐसे प्रकार का होता है, जिसे एक टेन्सर कहा जाता है। आव्यूह

को रूपान्तरण नियम (3) के साथ सतह के मीट्रिक टेन्सर के रूप में जाना जाता है।

निर्देशांक रूपांतरणों के अंतर्गत चापलम्बाई की निश्चरता

रिक्की-कर्बस्त्रो & लेवी-सिविटा (1900) ने सबसे पहले गुणांकों E, F, और G की एक प्रणाली के महत्व का अवलोकन किया, जो एक निर्देशांक प्रणाली से दूसरी निर्देशांक प्रणाली में जाने पर इस प्रकार से रूपांतरित हो गयी। परिणामस्वरूप पहला मौलिक रूप (1) निर्देशांक प्रणाली में परिवर्तन के तहत निश्चर होता है, और यह विशेष रूप से E, F, और G के रूपान्तरण गुणों का अनुसरण करता है। वास्तव में, श्रृंखला नियम द्वारा,

जिससे


लंबाई और कोण

गॉस द्वारा भी मानी गयी मीट्रिक टेंसर की एक अन्य व्याख्या यह है कि यह सतह पर स्पर्शरेखा सदिशों की लंबाई, साथ ही दो स्पर्शरेखा सदिशों के बीच के कोण की गणना करने की एक विधि प्रदान करता है। समकालीन शब्दों में, मीट्रिक टेन्सर सतह के प्राचलिक विवरण से स्वतंत्र तरीके से स्पर्शरेखा सदिशों के बिंदु गुणन (गैर-यूक्लिडीय ज्यामिति) की गणना करने की अनुमति देता है। प्राचलिक सतह M के किसी बिंदु पर किसी भी स्पर्शरेखा सदिश को निम्न रूप में लिखा जा सकता है

उपयुक्त वास्तविक संख्याओं p1 और p2 के लिए। यदि दो स्पर्शरेखा सदिश इस प्रकार दिए गए हों:

फिर बिंदु गुणन की द्विरैखिकता का उपयोग करते हुए,

यह स्पष्ट रूप से चार चरों a1, b1, a2, और b2 का एक फलन है। हालाँकि, इसे एक ऐसे फलन के रूप में अधिक लाभप्रद रूप से देखा जाता है, जो कोणांकों के एक युग्म a = [a1 a2] और b = [b1 b2] को ग्रहण करता है, जो uv-समतल में सदिश हैं। अर्थात्, निम्न का मान रखने पर

यह a और b में एक सममित फलन है, जिसका अर्थ है

यह द्विरेखीय भी है, जिसका अर्थ है कि यह प्रत्येक चर a और b में अलग-अलग रैखिक है। अर्थात्,

uv-समतल में किन्हीं सदिशों a, a, b, और b, और किसी वास्तविक संख्या μ और λ के लिए।

विशेष रूप से, एक स्पर्शरेखा सदिश a की लंबाई इस प्रकार है

और दो सदिशों a और b के बीच के कोण θ की गणना इस प्रकार की जाती है

क्षेत्रफल

सतह का क्षेत्रफल ऐसी एक अन्य संख्यात्मक राशि है जो केवल सतह पर ही निर्भर होनी चाहिए, न कि इस पर कि यह कैसे प्राचलीकृत है। यदि सतह M, uv-समतल में प्रांत D पर फलन r(u, v) द्वारा प्राचलीकृत है, तो M की सतह का क्षेत्रफल निम्न समाकल द्वारा दिया जाता है

जहाँ ×, क्रॉस (सदिश) गुणन को दर्शाता है, और निरपेक्ष मान यूक्लिडीय अंतरिक्ष में एक सदिश की लंबाई को दर्शाता है। क्रॉस गुणन के लिए लैग्रेंज की सर्वसमिका से, इस समाकल को इस प्रकार लिखा जा सकता है

जहाँ det, सारणिक है।

परिभाषा

माना M, n विमाओं, उदाहरण के लिए कार्तीय तल में एक सतह (n = 2 की स्थिति में) या हाइपरसफेस, वाला एक निष्कोण मैनिफोल्ड है। प्रत्येक बिंदु pM पर एक सदिश अंतरिक्ष TpM होता है, जिसे स्पर्शरेखा समष्टि कहा जाता है, जिसमें सभी स्पर्शरेखा सदिश मैनिफोल्ड के बिंदु p पर होते हैं। p पर एक मीट्रिक टेंसर एक फलन gp(Xp, Yp) है जो p पर स्पर्शरेखा सदिशों Xp और Yp के एक युग्म को इनपुट के रूप में ग्रहण करता है, और आउटपुट के रूप में एक वास्तविक संख्या (अदिश) प्रदान करता है, जिससे निम्नलिखित शर्तों को पूरा किया जा सके:

  • gp, द्विरेखीय है। दो सदिश कोणांकों का एक फलन द्विरेखीय होता है यदि यह प्रत्येक कोणांक में पृथक रूप से रैखिक हो। इस प्रकार यदि Up, Vp और Yp, बिंदु p पर तीन स्पर्शरेखा सदिश हैं और a और b वास्तविक संख्याएँ हैं, तब
  • gp, सममित है।[2] दो सदिश कोणांकों का एक फलन सममित होता है यदि सभी सदिशों Xp और Yp के लिए,
  • gp, अपभ्रष्ट है। एक द्विरेखीय फलन अपभ्रष्ट होता है, यदि प्रत्येक स्पर्शरेखा सदिश Xp ≠ 0 के लिए, फलन
    जो Xp को स्थिर रखते हुए और Yp को परिवर्तित होने की अनुमति देकर प्राप्त किया गया समान रूप से शून्य नहीं है। अर्थात्, प्रत्येक Xp ≠ 0 के लिए एक ऐसे Yp का अस्तित्व होता है कि gp(Xp, Yp) ≠ 0

M पर एक मीट्रिक टेन्सर क्षेत्र g, M के प्रत्येक बिंदु p को p पर स्पर्शरेखा समष्टि में एक मीट्रिक टेंसर gp को इस तरह से आवंटित करता है जो आसानी से p के साथ परिवर्तित होता रहता है। अधिक यथार्थ रूप से, U पर मैनिफोल्ड M और किसी भी (निष्कोण) सदिश क्षेत्र X और Y के किसी भी खुले उपसमुच्चय को देखते हुए, वास्तविक फलन

p का एक सरल फलन है।

मीट्रिक के घटक

सदिश क्षेत्रों, या फ्रेम, f = (X1, ..., Xn) के किसी भी आधार में मीट्रिक के घटक[3] इस प्रकार दिए गए हैं

 

 

 

 

(4)

n2 फलन (gij[f]) एक n × n सममित आव्यूह, G[f] की प्रविष्टियाँ बनाते हैं। यदि

pU पर दो सदिश हैं, तो v और w पर लागू मीट्रिक का मान गुणांक (4) द्वारा द्विरैखिकता द्वारा निर्धारित किया जाता है:

आव्यूह (gij[f]) को G[f] द्वारा निरूपित करते हुए और सदिश v और w के घटकों को स्तम्भ सदिशों v[f] और w[f] में व्यवस्थित करते हुए,

जहाँ v[f]T और w[f]T क्रमशः सदिशों v[f] और w[f] के परिवर्त को दर्शाते हैं। रूप के आधार में परिवर्तन के तहत

कुछ व्युत्क्रमणीय n × n आव्यूहों A = (aij) के लिए, मीट्रिक के घटकों का आव्यूह A द्वारा भी परिवर्तित होता है। अर्थात्

या, इस आव्यूह की प्रविष्टियों के पदों में,

इस कारण से, राशियों gij[f] के निकाय को फ्रेम f में परिवर्तनों के सापेक्ष सहपरिवर्ती रूप से रूपांतरित करने वाला कहा जाता है।

निर्देशांक में मीट्रिक

n वास्तविक-मान फलनों (x1, ..., xn) का एक निकाय, M में एक खुले समुच्चय U पर स्थानीय निर्देशांक प्रणाली प्रदान करते हुए, U पर सदिश क्षेत्र का आधार निर्धारित करता है

मीट्रिक g में इस फ़्रेम के सापेक्ष घटक होते हैं जो इस प्रकार हैं

स्थानीय निर्देशांकों की एक नई प्रणाली के सापेक्ष, माना

मीट्रिक टेन्सर गुणांकों का एक अलग आव्यूह निर्धारित करता है,

फलनों का यह नया निकाय श्रृंखला नियम के माध्यम से मूल gij(f) से संबंधित है

जिससे

या, आव्यूह G[f] = (gij[f]) और G[f′] = (gij[f′]) के संदर्भ में,

जहाँ Dy निर्देशांक परिवर्तन के जैकोबियन आव्यूह को दर्शाता है।

एक मीट्रिक का संकेतक

किसी भी मीट्रिक टेन्सर से संबंधित एक ऐसा द्विघात रूप है जिसे प्रत्येक स्पर्शरेखा समष्टि में इस प्रकार परिभाषित किया गया है

यदि qm सभी अशून्य Xm के लिए धनात्मक है, तो मीट्रिक m पर धनात्मक-निश्चित होता है। यदि मीट्रिक प्रत्येक mM पर धनात्मक-निश्चित है, तो g को रीमैनियन मीट्रिक कहा जाता है। अधिक सामान्यतः, यदि द्विघात रूपों qm में m से स्वतंत्र स्थिर संकेतक होते हैं, तो g का संकेतक यह संकेतक होता है, और g को छद्म-रीमैनियन मीट्रिक कहा जाता है।[4] यदि M जुड़ा हुआ है, तो qm का संकेतक m पर निर्भर नहीं करता है।[5]

सिल्वेस्टर के जड़त्व के नियम से, स्पर्शरेखा सदिशों Xi के आधार को स्थानीय रूप से चुना जा सकता है जिससे द्विघात रूप निम्नलिखित तरीके से विकर्णित हो,

1 और n के बीच किसी p के लिए। q के ऐसे किन्हीं दो व्यंजकों (M के समान बिंदु m पर) में धनात्मक चिह्नों की समान संख्या p होती है। g का संकेतक पूर्णांक (p, np) का युग्म है, जो यह दर्शाता है कि ऐसे किसी भी व्यंजक में p धनात्मक चिह्न और np ऋणात्रामक संकेत होते हैं। समतुल्य रूप से, मीट्रिक में (p, np) संकेतक होता है यदि मीट्रिक के आव्यूह gij में p धनात्मक और np ऋणात्मक अभिलाक्षणिक मान ​​होते हैं।

कुछ मीट्रिक संकेतक जो प्रायः अनुप्रयोगों में उत्पन्न होते हैं:

  • यदि g में संकेतक (n, 0) है, तो g एक रीमैनियन मीट्रिक होता है, और M को रीमैनियन मैनिफोल्ड कहा जाता है। अन्यथा, g एक छद्म-रीमैनियन मीट्रिक होता है, और M को एक छद्म-रीमैनियन मैनिफोल्ड कहा जाता है (इसके लिए अर्द्ध-रीमैनियन शब्द का भी उपयोग किया जाता है)।
  • यदि M, संकेतक (1, 3) या (3, 1) के साथ चार विमीय है, तो मीट्रिक को लोरेंट्ज़ियन मीट्रिक कहा जाता है। अधिक सामान्यतः, 4 के अतिरिक्त विमा n में संकेतक (1, n − 1) या (n − 1, 1) के एक मीट्रिक टेन्सर को कभी-कभी लोरेंट्ज़ियन भी कहा जाता है।
  • यदि M, 2n-विमीय है और (n, n), g का संकेतक है, तो मीट्रिक को पराअतिपरवलयिक मीट्रिक कहा जाता है।

व्युत्क्रम मीट्रिक

माना f = (X1, ..., Xn) सदिश क्षेत्रों का एक आधार है, और जैसा कि ऊपर बताया गया है कि G[f], गुणांकों का आव्यूह है

व्युत्क्रम आव्यूह को G[f]−1 लिया जा सकता है, जिसे व्युत्क्रम मीट्रिक (या संयुग्मी या द्वैत मीट्रिक) के रूप में जाना जाता है। व्युत्क्रम मीट्रिक एक रूपान्तरण नियम को संतुष्ट करता है जब फ्रेम f को आव्यूह A द्वारा परिवर्तित कर दिया जाता है

 

 

 

 

(5)

व्युत्क्रम मीट्रिक प्रतिपरिवर्ती रूप से या आधार आव्यूह A के परिवर्तन के व्युत्क्रम के सापेक्ष रूपांतरित होता है। जबकि मीट्रिक स्वयं सदिश क्षेत्रों की लंबाई (या बीच के कोण) को मापने की एक विधि प्रदान करता है, व्युत्क्रम मीट्रिक उपसदिश क्षेत्रों, अर्थात् रैखिक फलनों के क्षेत्र की लंबाई (या बीच के कोण) को मापने का एक साधन प्रदान करता है।

इसे देखने के लिए, माना α एक उपसदिश क्षेत्र है। अर्थात्, प्रत्येक बिंदु p के लिए, α, स्पर्शरेखा सदिश पर बिंदु p पर परिभाषित एक फलन αp निर्धारित करता है जिससे निम्नलिखित रैखिकता की स्थिति सभी स्पर्शरेखा सदिशों Xp और Yp, और सभी वास्तविक संख्याओं a और b के लिए सत्य हो:

क्योंकि p परिवर्तित होता है, अतः α को इस अर्थ में एक सहज फलन माना जाता है

किसी भी सरल सदिश क्षेत्र X के लिए p का एक सहज फलन है।

किसी भी उपसदिश क्षेत्र α में सदिश क्षेत्र f के आधार पर घटक होते हैं। इन्हें इस प्रकार निर्धारित किया जाता है

इन घटकों के पंक्ति सदिश को निम्न द्वारा निरूपित करने पर

एक आव्यूह A द्वारा f के परिवर्तन के तहत, α[f] निम्न नियम द्वारा परिवर्तित होता है

अर्थात्, घटकों का पंक्ति सदिश α[f], सहपरिवर्ती सदिश के रूप में परिवर्तित होता है।

उपसदिश क्षेत्रों के एक युग्म α और β के लिए, इन दो उपसदिशों पर लागू व्युत्क्रम मीट्रिक को निम्न द्वारा परिभाषित करने पर,

 

 

 

 

(6)

परिणामी परिभाषा वास्तव में f पर एक आवश्यक तरीके से निर्भर नहीं करती है, हालाँकि इसमें आधार f का चयन सम्मिलित है। वास्तव में, आधार को fA में बदलने से निम्न परिणाम प्राप्त होता है

जिससे समीकरण (6) का दायाँ पक्ष आधार f को किसी भी अन्य आधार fA में बदलने से अप्रभावित रहे। परिणामस्वरूप, समीकरण को आधार के चयन से स्वतंत्र रूप से एक अर्थ प्रदान किया जा सकता है। आव्यूह G[f] की प्रविष्टियों को gij द्वारा निरूपित किया जाता है, जहाँ घातांक i और j को रूपान्तरण नियम (5) को इंगित करने के लिए उठाया गया है।

घातांकों का उन्नयन और अवनमन

सदिश क्षेत्रों f = (X1, ..., Xn) के आधार में, किसी भी सहज स्पर्शरेखा सदिश क्षेत्र X को निम्न रूप में लिखा जा सकता है

 

 

 

 

(7)

कुछ विशिष्ट रूप से निर्धारित सहज फलनों v1, ..., vn के लिए। आधार f को एक व्युत्क्रमणीय आव्यूह A द्वारा बदलने पर, गुणांक vi इस प्रकार परिवर्तित होते हैं कि समीकरण (7) सत्य रहती है। अर्थात्,

परिणामस्वरूप, v[fA] = A−1v[f]। दूसरे शब्दों में, सदिश v[f] के घटक व्युत्क्रमणीय आव्यूह A द्वारा आधार के परिवर्तन के तहत प्रतिपरिवर्ती रूप से (अर्थात्, व्युत्क्रम या विपरीत तरीके से) रूपांतरित होते हैं। v[f] के घटकों के प्रतिपरिवर्तन को सांकेतिक रूप से vi[f] के घातांकों को ऊपरी स्थिति में रखकर निर्दिष्ट किया जाता है।

एक फ्रेम उपसदिशों को भी उनके घटकों के संदर्भ में व्यक्त होने की अनुमति देता है। सदिश क्षेत्रों f = (X1, ..., Xn) के आधार के लिए द्वैत आधार को रैखिक फलनकों (θ1[f], ..., θn[f]) में इस प्रकार परिभाषित किया जाता है कि

अर्थात्, θi[f](Xj) = δji, इसे क्रोनकर डेल्टा कहा जाता है। माना

एक व्युत्क्रमणीय आव्यूह A के लिए आधार ffA के परिवर्तन के तहत, θ[f] निम्न के माध्यम से रूपांतरित हो जाता है

स्पर्शरेखा सदिशों पर किसी भी रैखिक फलनक α को द्वैत आधार θ के संदर्भ में इस प्रकार विस्तारित किया जा सकता है

 

 

 

 

(8)

जहाँ a[f] पंक्ति सदिश [ a1[f] ... an[f] ] को दर्शाता है। घटक ai रूपांतरित होते हैं जब आधार f को fA द्वारा इस प्रकार प्रतिस्थापित किया जाता है कि समीकरण (8) निरंतर सत्य रहता है। अर्थात्,

जहाँ से, क्योंकि θ[fA] = A−1θ[f], अतः a[fA] = a[f]A। अर्थात्, घटक a सहपरिवर्ती रूप से (व्युत्क्रम के स्थान पर आव्यूह A द्वारा) रूपांतरित होते हैं। a[f] के घटकों के सहप्रसरण को ai[f] के घातांकों को निचले स्थान पर रखकर सांकेतिक रूप से निर्दिष्ट किया जाता है।

अब, मीट्रिक टेन्सर सदिशों और उपसदिशों को निर्धारित करने के लिए निम्न प्रकार से एक माध्यम प्रदान करता है। Xp को स्थिर रखते हुए, स्पर्शरेखा सदिश Yp का फलन

स्पर्शरेखा समष्टि पर p पर एक रैखिक फलनक परिभाषित करता है। यह संक्रिया बिंदु p पर एक सदिश Xp को लेकर एक उपसदिश gp(Xp, −) उत्पन्न करती है। सदिश क्षेत्र f के आधार पर, यदि एक सदिश क्षेत्र X में घटक v[f] हैं, तो द्वैत आधार में उपसदिश क्षेत्र g(X, −) के घटक निम्न पंक्ति सदिश की प्रविष्टियों द्वारा दिए जाते हैं

आधार परिवर्तन ffA के तहत, इस समीकरण का दायाँ पक्ष निम्न के माध्यम से रूपांतरित होता है

जिससे a[fA] = a[f]A: a सहपरिवर्ती रूप से परिवर्तित होता है। एक सदिश क्षेत्र v[f] = [ v1[f] v2[f] ... vn[f] ]T के (प्रतिपरिवर्ती) घटकों को उपसदिश क्षेत्र a[f] = [ a1[f] a2[f] … an[f] ] के घटकों से संबद्ध करने की संक्रिया को, जहाँ

घातांक को अवनमन कहा जाता है।

घातांक के उन्नयन के लिए, मीट्रिक के स्थान पर व्युत्क्रम मीट्रिक के साथ यही रचना प्रयुक्त की जा सकती है। यदि द्वैत आधार θ[f] में एक उपसदिश के घटक a[f] = [ a1[f] a2[f] ... an[f] ] हैं, तो स्तम्भ सदिश

 

 

 

 

(9)

में ऐसे घटक होते हैं जो प्रतिपरिवर्ती रूप से रूपांतरित होते हैं:

परिणामस्वरूप, राशि X = fv[f] एक आवश्यक तरीके से आधार f के चयन पर निर्भर नहीं करती है, और इस प्रकार M पर एक सदिश क्षेत्र को परिभाषित करती है। दिए गए सदिश v[f] के उपसदिश a[f] के (प्रतिपरिवर्ती) घटकों के साथ संक्रिया (9) को जोड़ना घातांक का उन्नयन कहलाता है। घटकों में, (9) इस प्रकार हैː

प्रेरित मीट्रिक

माना U, n में एक खुला समुच्चय, और φ, U से यूक्लिडीय अंतरिक्ष m में एक सतत अवकलनीय फलन फलन है, जहाँ m > n। प्रतिचित्रण φ को एक अंतर्वेशन कहा जाता है यदि इसका अवकल U के प्रत्येक बिंदु पर एकैकी है। φ के प्रतिबिम्ब को एक अंतर्वेशित उप-मैनिफोल्ड कहा जाता है। अधिक विशेष रूप से, m = 3 के लिए, जिसका अर्थ है कि 3 परिवेशी यूक्लिडीय अंतरिक्ष है, प्रेरित मीट्रिक टेन्सर को पहला मौलिक रूप कहा जाता है।

माना φ, उप-मैनिफोल्ड MRm पर एक अंतर्वेशन है। m में सामान्य यूक्लिडीय बिंदु गुणन एक ऐसा मीट्रिक है, जो M के स्पर्शरेखा सदिशों तक सीमित होने पर, इन स्पर्शरेखा सदिशों के बिंदु गुणन लेने के लिए एक माध्यम प्रदान करता है। इसे प्रेरित मीट्रिक कहा जाता है।

माना v, U के एक बिंदु पर एक स्पर्शरेखा सदिश है, माना

जहाँ ei, n में मानक निर्देशांक सदिश हैं। जब φ को U पर प्रयुक्त किया जाता है, तो सदिश v, M पर सदिश स्पर्शरेखा पर इस प्रकार जाता है

(इसे φ के अनुदिश v का पुशफॉरवर्ड कहा जाता है।) दिए गए दो सदिशों v और w के लिए, प्रेरित मीट्रिक को निम्न द्वारा परिभाषित किया जाता है

यह एक सीधी गणना से प्राप्त होता है कि निर्देशांक सदिश क्षेत्र e के आधार पर प्रेरित मीट्रिक का आव्यूह निम्न द्वारा दिया जाता है

जहाँ जैकोबियन आव्यूह है:

एक मीट्रिक की आंतरिक परिभाषाएँ

फाइबर बंडलों और सदिश बंडलों की भाषा का उपयोग करके एक मीट्रिक की धारणा को आंतरिक रूप से परिभाषित किया जा सकता है। इन शब्दों में, मीट्रिक टेंसर एक निम्न प्रकार का फलन है

 

 

 

 

(10)

जो कि M के स्पर्शरेखा बंडल के फाइबर गुणन से स्वयं R के साथ इस प्रकार परिभाषित है कि प्रत्येक फाइबर के लिए g का प्रतिबंध एक निम्न अविकृत द्विरेखीय प्रतिचित्रण है

महत्त्व की स्थिति और M की ऐसी संरचना का समर्थन कर सकने के आधार पर प्रतिचित्रण (10) का सतत, और प्रायः सतत अवकलनीय, निष्कोण, या वास्तविक विश्लेषणात्मक होना आवश्यक है।

बंडल के एक खंड के रूप में मीट्रिक

टेंसर गुणन के सार्वभौमिक गुण के द्वारा, कोई भी द्विरेखीय प्रतिचित्रण (10) स्वाभाविक रूप से TM के टेंसर गुणन बंडल के द्वैत के एक खण्ड g को उत्पन्न करता है

खण्ड g को TM ⊗ TM के सरल तत्वों पर निम्न द्वारा परिभाषित किया गया है

और इसे सरल तत्वों के रैखिक संयोजनों के रैखिक रूप से विस्तार द्वारा TM ⊗ TM के स्वेच्छ तत्वों पर परिभाषित किया गया है। मूल द्विरेखीय रूप g सममित होता है यदि और केवल यदि

जहाँ

ब्रेडिंग प्रतिचित्रण है।

चूँकि M परिमित-विमीय है, अतः एक प्राकृतिक समरूपता ऐसी है कि

जिससे g को बंडल T*M ⊗ T*M के स्वयं के साथ कोटिस्पर्शज्या बंडल T*M के एक खण्ड के रूप में भी माना जाए। चूँकि g द्विरेखीय प्रतिचित्रण के रूप में सममित है, अतः इसके आधार पर g एक सममित टेन्सर है।

एक सदिश बंडल में मीट्रिक

अधिक सामान्यतः, एक सदिश बंडल में एक मीट्रिक के बारे में विचार किया जा सकता है। यदि E, मैनिफोल्ड M पर एक सदिश बंडल है, तो एक मीट्रिक, E के फाइबर गुणन से R पर एक प्रतिचित्रण,

है, जो प्रत्येक फाइबर:

में द्विरेखीय है, उपरोक्त के रूप में द्वैत का उपयोग करते हुए, एक मीट्रिक को प्रायः टेंसर गुणन बंडल E* ⊗ E* के एक खण्ड के साथ निर्धारित किया जाता है। (मीट्रिक (सदिश बंडल) देखें।)

स्पर्शरेखा-कोटिस्पर्शज्या समरूपता

मीट्रिक टेन्सर, स्पर्शरेखा बंडल से कोटिस्पर्शज्या बंडल तक एक प्राकृतिक समरूपता प्रदान करता है, जिसे कभी-कभी संगीत समरूपता कहा जाता है।[6] यह समरूपता प्रत्येक स्पर्शरेखा सदिश Xp ∈ TpM के लिए निम्न समायोजन द्वारा प्राप्त की जाती है,

यह TpM पर एक रैखिक फलनक है जो p से gp(Xp,Yp) पर एक स्पर्शरेखा सदिश Yp प्रेषित करता है। अर्थात्, सभी स्पर्शरेखा सदिशों Xp और Yp के लिए TpM और इसके द्वैत अंतरिक्ष T
p
M
के बीच [−, −] युग्मन के पदों में

प्रतिचित्रण Sg, TpM से T
p
M
पर एक रैखिक रूपान्तरण है। यह अविकृति की परिभाषा से अनुसरण करता है कि Sg का कर्नेल शून्य तक कम हो जाता है, और इसलिए कोटि-शून्यता प्रमेय द्वारा, Sg एक रैखिक समरूपता है। इसके अतिरिक्त, Sg इस अर्थ में एक सममित रैखिक रूपान्तरण है कि

सभी स्पर्शरेखा सदिशों Xp और Yp के लिए।

इसके विपरीत, रैखिक समरूपता S : TpM → T
p
M
, TpM पर निम्न के माध्यम से एक अविकृत द्विरेखीय रूप को परिभाषित करती है

यह द्विरेखीय रूप सममित होता है यदि और केवल यदि, S सममित है। इस प्रकार TpM पर सममित द्विरेखीय रूपों और द्वैत T
p
M
पर TpM की सममित रेखीय समरूपता के बीच एक प्राकृतिक एकैकी संचार होता है।

क्योंकि p, M पर परिवर्तित होता है, अतः Sg स्पर्शरेखा बंडल के सदिश बंडल समरूपता से कोटिस्पर्शरेखा बंडल पर बंडल Hom(TM, T*M) के एक खंड को परिभाषित करता है। इस खंड में g के समान ही सहजता है: अर्थात् यह g के अनुसार सतत, अवकलनीय, सहज या वास्तविक-विश्लेषणात्मक है। प्रतिचित्रण Sg सदिश क्षेत्र पर "घातांक के अवनमन" का एक अमूर्त संरूपण प्रदान करता है, जो M के प्रत्येक सदिश क्षेत्र को M के एक उपसदिश क्षेत्र से जोड़ता है। Sg का व्युत्क्रम एक प्रतिचित्रण T*M → TM है, जो समान रूप से, एक उपसदिश क्षेत्र पर "घातांकों के उन्नयन" का एक अमूर्त संरूपण प्रदान करता है।

व्युत्क्रम S−1
g
एक रेखीय प्रतिचित्रण

को परिभाषित करता है, जो इस अर्थ में व्युत्क्रमणीय और सममित है कि

सभी उपसदिशों α, β के लिए। इस प्रकार का एक व्युत्क्रमणीय सममित प्रतिचित्रण, एक प्रतिचित्र

को टेन्सर-होम सहयोजन द्वारा या टेंसर गुणन

के एक खण्ड के लिए एक दोहरी द्वैत समरूपता द्वारा उत्पन्न करता है।

चाप की लम्बाई और रेखा तत्व

माना g, M पर एक रीमैनियन मीट्रिक है। एक स्थानीय निर्देशांक प्रणाली xi, i = 1, 2, …, n में, मीट्रिक टेन्सर एक आव्यूह के रूप में प्रकट होता है, जिसे यहाँ G द्वारा निरूपित किया गया है, जिसकी प्रविष्टियाँ निर्देशांक सदिश क्षेत्रों के सापेक्ष मीट्रिक टेन्सर के घटक gij हैं।

माना γ(t), atb के लिए M में एक खंडवार-अवकलनीय प्राचलिक वक्र है। वक्र के चाप की लंबाई को निम्न द्वारा परिभाषित किया जाता है

इस ज्यामितीय अनुप्रयोग के संबंध में, द्विघात अवकल रूप

को मीट्रिक से सम्बद्ध प्रथम मौलिक रूप कहा जाता है, जबकि ds रेखा तत्व है। जब ds2 को M में एक वक्र के प्रतिबिम्ब पर पुलबैक किया जाता है, तो यह चाप की लम्बाई के सापेक्ष अवकल के वर्ग को निरूपित करता है।

छद्म-रीमैनियन मीट्रिक के लिए, उपरोक्त लंबाई सूत्र सदैव परिभाषित नहीं होता है, क्योंकि वर्गमूल के अंतर्गत पद ऋणात्मक हो सकता है। हम सामान्यतः केवल एक वक्र की लंबाई को तब परिभाषित करते हैं जब वर्गमूल के अंतर्गत पद का चिह्न सदैव समान या विपरीत होता है। इस स्थिति में

को परिभाषित किया जाता है। ध्यान दें कि, जबकि ये सूत्र निर्देशांक व्यंजकों का उपयोग करते हैं, ये वास्तव में चुने गए निर्देशांकों से स्वतंत्र होते हैं; ये केवल मीट्रिक और उस वक्र पर निर्भर करते हैं जिसके साथ यह सूत्र समाकलित होता है।

ऊर्जा, परिवर्तनशील सिद्धांत और जियोडेसिक्स

वक्र के एक खंड के लिए, एक अन्य प्रायः परिभाषित राशि वक्र की (गतिज) ऊर्जा है:

यह उपयोग भौतिकी, विशेष रूप से, चिरसम्मत यांत्रिकी से आता है, जहाँ समाकल E को मैनिफोल्ड की सतह पर चलने वाले बिंदु कण की गतिज ऊर्जा के प्रत्यक्ष अनुरूप देखा जा सकता है। इस प्रकार, उदाहरण के लिए, जैकोबी के मौपरर्टुइस सिद्धांत के सूत्रीकरण में, मीट्रिक टेन्सर को गतिमान कण के द्रव्यमान टेन्सर के अनुरूप देखा जा सकता है।

कई स्थितियों में, जब भी गणना के लिए लंबाई का उपयोग करने की आवश्यकता होती है, तो यह गणना, ऊर्जा का उपयोग करके भी की जा सकती है। यह प्रायः वर्ग-मूल की आवश्यकता से बचते हुए सरल सूत्रों की प्रदान करता है। इस प्रकार, उदाहरण के लिए, जियोडेसिक समीकरणों को परिवर्तनशील सिद्धांतों को या तो लंबाई या ऊर्जा में प्रयुक्त करके प्राप्त किया जा सकता है। बाद वाली स्थिति में, जियोडेसिक समीकरण न्यूनतम क्रिया के सिद्धांत से उत्पन्न होते हैं: ये एक ऐसे "मुक्त कण" (किसी बल का अनुभव नहीं करने वाला कण) की गति का वर्णन करते हैं जो मैनिफोल्ड पर गति करने के लिए पर्याप्त है, लेकिन अन्यथा मैनिफोल्ड के भीतर नियत संवेग से स्वतंत्र रूप से गति करता है।[7]

प्रमाणिक माप और आयतन रूप

सतहों की स्थिति के अनुरूप, एक n-विमीय परा-सुसंहत मैनिफोल्ड M पर एक मीट्रिक टेंसर, मैनिफोल्ड के उपसमुच्चय के n-विमीय आयतन को मापने के लिए एक प्राकृतिक विधि को जन्म देता है। परिणामी प्राकृतिक धनात्मक बोरेल माप से संबंधित लेबेसेग समाकल के माध्यम से मैनिफोल्ड पर फलनों को समाकलित करने के सिद्धांत को विकसित करने की अनुमति मिलती है।

एक माप को रिज निरूपण प्रमेय द्वारा M पर सघन रूप से समर्थित सतत फलनों के अंतरिक्ष C0(M) पर एक धनात्मक रैखिक फलनक Λ देते हुए परिभाषित किया जा सकता है। अधिक यथार्थ रूप से, यदि M, एक (छद्म-) रीमैनियन मीट्रिक टेंसर g वाला एक मैनिफोल्ड है, तो μg एक ऐसा अद्वितीय धनात्मक बोरेल माप होता है कि किसी भी निर्देशांक चार्ट (U, φ) के लिए,

U में समर्थित सभी f के लिए। यहाँ det g निर्देशांक चार्ट में मीट्रिक टेंसर के घटकों द्वारा गठित आव्यूह का सारणिक है। वह Λ निर्देशांक निकट-क्षेत्रों में समर्थित फलनों पर अच्छी तरह से परिभाषित है, चर के जैकोबियन परिवर्तन द्वारा संतुष्ट है। यह इकाई के विभाजन के माध्यम से C0(M) पर एक अद्वितीय धनात्मक रैखिक फलनक तक विस्तारित है।

यदि M भी दिष्ट है, तो मीट्रिक टेन्सर से प्राकृतिक आयतन के रूप को परिभाषित करना संभव है। धनात्मक रूप से दिष्ट निर्देशांक प्रणाली (x1, ..., xn) में, आयतन रूप को इस प्रकार निरूपित किया जाता है

जहाँ dxi निर्देशांक अवकल हैं और अवकल रूपों की बीजगणित में बाह्य गुणन को दर्शाता है। आयतन रूप, मैनिफोल्ड पर फलनों को समाकलित करने की एक विधि भी प्रदान करता है, और यह ज्यामितीय समाकल प्रमाणिक बोरेल माप द्वारा प्राप्त समाकल से सहमत है।

उदाहरण

यूक्लिडीय मीट्रिक

प्रारंभिक यूक्लिडीय ज्यामिति (द्वि-आयामी यूक्लिडीय मीट्रिक टेन्सर) का उदाहरण सबसे व्यावहारिक उदाहरण है। सामान्य (x, y) निर्देशांकों में हम लिख सकते हैं

वक्र की लंबाई इस सूत्र में परिवर्तित हो जाती है:

यूक्लिडीय मीट्रिक को कुछ अन्य सामान्य निर्देशांक प्रणालियों में निम्नानुसार लिखा जा सकता है।

धुवीय निर्देशांक (r, θ):

इसलिए

त्रिकोणमितीय सर्वसमिकाओं द्वारा।

सामान्य रूप से, एक यूक्लिडीय अंतरिक्ष पर कार्तीय निर्देशांक प्रणाली xi में आंशिक अवकलज ∂ / ∂xi यूक्लिडीय मीट्रिक के सापेक्ष ऑर्थोनॉर्मल होते हैं। इस प्रकार मीट्रिक टेन्सर इस निर्देशांक प्रणाली में क्रोनकर डेल्टा δij है। स्वेच्छ (संभवतः वक्ररेखीय) निर्देशांक qi के सापेक्ष मीट्रिक टेन्सर इस प्रकार है

एक गोले पर वृत्तीय मीट्रिक

3 में इकाई गोला, प्रेरित मीट्रिक अनुभाग में वर्णित प्रक्रिया के माध्यम से परिवेशी यूक्लिडीय मीट्रिक से प्रेरित एक प्राकृतिक मीट्रिक से सुसज्जित है। मानक गोलाकार निर्देशांक (θ, φ) में, θ कोटिपूरक अक्षांश, z-अक्ष से मापा गया कोण, और φ, xy-समतल में x-अक्ष से कोण है, तब मीट्रिक का रूप इस प्रकार है

यह सामान्यतः निम्न रूप में लिखा जाता है

सापेक्षता से लोरेंट्ज़ियन मीट्रिक

निम्न निर्देशांक वाले एकसमान मिन्कोव्स्की अंतरिक्ष (विशेष सापेक्षता) में,

मीट्रिक संकेतक के चयन के आधार पर मीट्रिक है,

उदाहरण के लिए, स्थिर समय निर्देशांक वाले एक वक्र के लिए, इस मीट्रिक वाला लंबाई सूत्र सामान्य लंबाई सूत्र में परिवर्तित होता है। समयबद्ध वक्र के लिए, लंबाई सूत्र वक्र के अनुदिश उचित समय प्रदान करता है।

इस स्थिति में, दिक्काल अंतराल को निम्न रूप में लिखा जाता है

श्वार्ज़स्चिल्ड मीट्रिक, गोलाकार रूप से सममित एक पिंड, जैसे ग्रह, या ब्लैक होल के चारों ओर दिक्काल का वर्णन करता है। निर्देशांकों

के साथ, हम मीट्रिक को इस रूप में लिख सकते हैं

जहाँ G (आव्यूह के अंदर) गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है और M केंद्रीय वस्तु की कुल द्रव्यमान-ऊर्जा सामग्री को निरूपित करता है।

यह भी देखें

टिप्पणियाँ

  1. More precisely, the integrand is the pullback of this differential to the curve.
  2. In several formulations of classical unified field theories, the metric tensor was allowed to be non-symmetric; however, the antisymmetric part of such a tensor plays no role in the contexts described here, so it will not be further considered.
  3. The notation of using square brackets to denote the basis in terms of which the components are calculated is not universal. The notation employed here is modeled on that of Wells (1980). Typically, such explicit dependence on the basis is entirely suppressed.
  4. Dodson & Poston 1991, Chapter VII §3.04
  5. Vaughn 2007, §3.4.3
  6. For the terminology "musical isomorphism", see Gallot, Hulin & Lafontaine (2004, p. 75). See also Lee (1997, pp. 27–29)
  7. Sternberg 1983


संदर्भ

  • Dodson, C. T. J.; Poston, T. (1991), Tensor geometry, Graduate Texts in Mathematics, vol. 130 (2nd ed.), Berlin, New York: Springer-Verlag, doi:10.1007/978-3-642-10514-2, ISBN 978-3-540-52018-4, MR 1223091
  • Gallot, Sylvestre; Hulin, Dominique; Lafontaine, Jacques (2004), Riemannian Geometry (3rd ed.), Berlin, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-3-540-20493-0.
  • Gauss, Carl Friedrich (1827), General Investigations of Curved Surfaces, New York: Raven Press (published 1965) translated by A. M. Hiltebeitel and J. C. Morehead; "Disquisitiones generales circa superficies curvas", Commentationes Societatis Regiae Scientiarum Gottingesis Recentiores Vol. VI (1827), pp. 99–146.
  • Hawking, S.W.; Ellis, G.F.R. (1973), The large scale structure of space-time, Cambridge University Press.
  • Kay, David (1988), Schaum's Outline of Theory and Problems of Tensor Calculus, McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-033484-7.
  • Kline, Morris (1990), Mathematical thought from ancient to modern times, Volume 3, Oxford University Press.
  • Lee, John (1997), Riemannian manifolds, Springer Verlag, ISBN 978-0-387-98322-6.
  • Michor, Peter W. (2008), Topics in Differential Geometry, Graduate Studies in Mathematics, vol. 93, Providence: American Mathematical Society (to appear).
  • Misner, Charles W.; Thorne, Kip S.; Wheeler, John A. (1973), Gravitation, W. H. Freeman, ISBN 0-7167-0344-0
  • Ricci-Curbastro, Gregorio; Levi-Civita, Tullio (1900), "Méthodes de calcul différentiel absolu et leurs applications", Mathematische Annalen, 54 (1): 125–201, doi:10.1007/BF01454201, ISSN 1432-1807, S2CID 120009332
  • Sternberg, S. (1983), Lectures on Differential Geometry (2nd ed.), New York: Chelsea Publishing Co., ISBN 0-8218-1385-4
  • Vaughn, Michael T. (2007), Introduction to mathematical physics (PDF), Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co., doi:10.1002/9783527618859, ISBN 978-3-527-40627-2, MR 2324500
  • Wells, Raymond (1980), Differential Analysis on Complex Manifolds, Berlin, New York: Springer-Verlag