बाहरी कलन पहचान: Difference between revisions

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यह आलेख '''बाह्य कलन''' में कई [[पहचान (गणित)|'''समरूपता (गणित)''']] का सारांश प्रस्तुत करता है।<ref>{{Cite book |last1=Crane |first1=Keenan |last2=de Goes |first2=Fernando |last3=Desbrun |first3=Mathieu |last4=Schröder |first4=Peter |title=असतत बाहरी कलन के साथ डिजिटल ज्यामिति प्रसंस्करण|journal=Proceeding SIGGRAPH '13 ACM SIGGRAPH 2013 Courses |pages=1–126 |date=21 July 2013 |doi=10.1145/2504435.2504442|isbn=9781450323390 |s2cid=168676 }}</ref><ref>{{cite book |last1=Schwarz |first1=Günter |title=Hodge Decomposition – A Method for Solving Boundary Value Problems |date=1995 |publisher=Springer |isbn=978-3-540-49403-4}}</ref><ref>{{cite book |last1=Cartan |first1=Henri |title=विभेदक रूप|date=26 May 2006 |publisher=Dover Publications |isbn=978-0486450100 |edition=Dover}}</ref><ref>{{cite book |last1=Bott |first1=Raoul |last2=Tu |first2=Loring W. |title=बीजगणितीय टोपोलॉजी में विभेदक रूप|date=16 May 1995 |publisher=Springer |isbn=978-0387906133}}</ref><ref>{{cite book |last1=Abraham |first1=Ralph |last2=J.E. |first2=Marsden |last3=Ratiu |first3=Tudor |title=मैनिफोल्ड्स, टेंसर विश्लेषण और अनुप्रयोग|date=6 December 2012 |publisher=Springer-Verlag |isbn=978-1-4612-1029-0 |edition=2nd}}</ref>
यह आलेख '''बाह्य कलन''' में कई [[पहचान (गणित)|'''समरूपताओं (गणित)''']] का सारांश प्रस्तुत करता है।<ref>{{Cite book |last1=Crane |first1=Keenan |last2=de Goes |first2=Fernando |last3=Desbrun |first3=Mathieu |last4=Schröder |first4=Peter |title=असतत बाहरी कलन के साथ डिजिटल ज्यामिति प्रसंस्करण|journal=Proceeding SIGGRAPH '13 ACM SIGGRAPH 2013 Courses |pages=1–126 |date=21 July 2013 |doi=10.1145/2504435.2504442|isbn=9781450323390 |s2cid=168676 }}</ref><ref>{{cite book |last1=Schwarz |first1=Günter |title=Hodge Decomposition – A Method for Solving Boundary Value Problems |date=1995 |publisher=Springer |isbn=978-3-540-49403-4}}</ref><ref>{{cite book |last1=Cartan |first1=Henri |title=विभेदक रूप|date=26 May 2006 |publisher=Dover Publications |isbn=978-0486450100 |edition=Dover}}</ref><ref>{{cite book |last1=Bott |first1=Raoul |last2=Tu |first2=Loring W. |title=बीजगणितीय टोपोलॉजी में विभेदक रूप|date=16 May 1995 |publisher=Springer |isbn=978-0387906133}}</ref><ref>{{cite book |last1=Abraham |first1=Ralph |last2=J.E. |first2=Marsden |last3=Ratiu |first3=Tudor |title=मैनिफोल्ड्स, टेंसर विश्लेषण और अनुप्रयोग|date=6 December 2012 |publisher=Springer-Verlag |isbn=978-1-4612-1029-0 |edition=2nd}}</ref>
== संकेतन ==
== संकेतन ==
इस प्रकार से निम्नलिखित संक्षिप्त परिभाषाओं और संकेतनों का सारांश प्रस्तुत करता है जिनका उपयोग इस आलेख में किया गया है।
इस प्रकार से निम्नलिखित संक्षिप्त परिभाषाओं और संकेतनों का सारांश प्रस्तुत करता है जिनका उपयोग इस आलेख में किया गया है।


=== मैनिफोल्ड ===
=== मैनिफोल्ड ===
<math>M</math>, <math>N</math> <math>n</math>-विमीय चिकने (स्मूथ) मैनिफोल्ड हैं, जहां <math> n\in \mathbb{N} </math>। अर्थात्, भिन्न-भिन्न मैनिफोल्ड जिन्हें इस पृष्ठ पर प्रयोजनों के लिए पर्याप्त एक बार विभेदित किया जा सकता है।
<math>M</math>, <math>N</math> <math>n</math>-विमीय समतल (स्मूथ) मैनिफोल्ड हैं, जहां <math> n\in \mathbb{N} </math>। अर्थात्, भिन्न-भिन्न मैनिफोल्ड जिन्हें इस पृष्ठ पर प्रयोजनों के लिए पर्याप्त एक बार विभेदित किया जा सकता है।


इस प्रकार से <math> p \in M </math>, <math> q \in N </math> प्रत्येक [[कई गुना|मैनिफोल्ड]] पर एक बिंदु दर्शाता है।
इस प्रकार से <math> p \in M </math>, <math> q \in N </math> प्रत्येक [[कई गुना|मैनिफोल्ड]] पर एक बिंदु दर्शाता है।
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=== स्पर्शरेखा और कोटिस्पर्श रेखा बंडल ===
=== स्पर्शरेखा और कोटिस्पर्श रेखा बंडल ===
इस प्रकार से <math>TM</math>, <math>T^{*}M</math> स्मूथ मैनिफोल्ड <math>M</math> के क्रमशः [[स्पर्शरेखा बंडल]] और [[कोटैंजेंट बंडल|कोटिस्पर्श रेखा बंडल]] को दर्शाता है।
इस प्रकार से <math>TM</math>, <math>T^{*}M</math> समतल मैनिफोल्ड <math>M</math> के क्रमशः [[स्पर्शरेखा बंडल]] और [[कोटैंजेंट बंडल|कोटिस्पर्श रेखा बंडल]] को दर्शाता है।


अतः <math> T_p M </math>, क्रमशः बिंदु <math>p</math>, <math>q</math>, पर <math>M</math>, <math>N</math> के [[स्पर्शरेखा स्थान|स्पर्शरेखा स्थानों]] को दर्शाता है। <math> T^{*}_p M </math> बिंदु <math>p</math> पर <math>M</math> के [[कोटैंजेंट स्थान|कोटिस्पर्श रेखा स्थान]] को दर्शाता है।
अतः <math> T_p M </math>, क्रमशः बिंदु <math>p</math>, <math>q</math>, पर <math>M</math>, <math>N</math> के [[स्पर्शरेखा स्थान|स्पर्शरेखा समष्टि]] को दर्शाता है। <math> T^{*}_p M </math> बिंदु <math>p</math> पर <math>M</math> के [[कोटैंजेंट स्थान|कोटिस्पर्श रेखा समष्टि]] को दर्शाता है।


स्पर्शरेखा बंडलों का खंड (फाइबर बंडल), जिसे [[वेक्टर फ़ील्ड|सदिश क्षेत्र]] के रूप में भी जाना जाता है, इसको सामान्यतः <math>X, Y, Z \in \Gamma(TM)</math> के रूप में दर्शाया जाता है जैसे कि बिंदु <math> p \in M </math> पर हमारे निकट <math> X|_p, Y|_p, Z|_p \in T_p M </math> है। इस प्रकार से कोटिस्पर्श रेखा बंडल के अनुभाग, जिन्हें [[ विभेदक रूप |विभेदक रूप]] (या [[कोवेक्टर|सहसदिश]] क्षेत्र) के रूप में भी जाना जाता है, इसको सामान्यतः <math>\alpha, \beta \in \Gamma(T^{*}M)</math> के रूप में दर्शाया जाता है जैसे कि बिंदु <math> p \in M </math> पर हमारे निकट <math> \alpha|_p, \beta|_p \in T^{*}_p M </math> है। <math>\Gamma(T^{*}M)</math> के लिए एक वैकल्पिक संकेतन <math>\Omega^1(M)</math> है।
स्पर्शरेखा बंडलों का खंड (फाइबर बंडल), जिसे [[वेक्टर फ़ील्ड|सदिश क्षेत्र]] के रूप में भी जाना जाता है, इसको सामान्यतः <math>X, Y, Z \in \Gamma(TM)</math> के रूप में दर्शाया जाता है जैसे कि बिंदु <math> p \in M </math> पर हमारे निकट <math> X|_p, Y|_p, Z|_p \in T_p M </math> है। इस प्रकार से कोटिस्पर्श रेखा बंडल के अनुभाग, जिन्हें [[ विभेदक रूप |विभेदक रूप]] (या [[कोवेक्टर|सहसदिश]] क्षेत्र) के रूप में भी जाना जाता है, इसको सामान्यतः <math>\alpha, \beta \in \Gamma(T^{*}M)</math> के रूप में दर्शाया जाता है जैसे कि बिंदु <math> p \in M </math> पर हमारे निकट <math> \alpha|_p, \beta|_p \in T^{*}_p M </math> है। <math>\Gamma(T^{*}M)</math> के लिए एक वैकल्पिक संकेतन <math>\Omega^1(M)</math> है।
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विभेदक <math>k</math>-रूप, जिसे हम यहां मात्र <math>k</math>-रूप के रूप में संदर्भित करते हैं, <math>TM</math> पर परिभाषित विभेदक रूप हैं। हम सभी <math>k</math>-रूपों के समुच्चय को <math>\Omega^k(M)</math> के रूप में निरूपित करते हैं। <math> 0\leq k,\ l,\ m\leq n </math> के लिए हम सामान्यतः <math>\alpha\in\Omega^k(M)</math>, <math>\beta\in\Omega^l(M)</math>, <math>\gamma\in\Omega^m(M)</math> लिखते हैं।
विभेदक <math>k</math>-रूप, जिसे हम यहां मात्र <math>k</math>-रूप के रूप में संदर्भित करते हैं, <math>TM</math> पर परिभाषित विभेदक रूप हैं। हम सभी <math>k</math>-रूपों के समुच्चय को <math>\Omega^k(M)</math> के रूप में निरूपित करते हैं। <math> 0\leq k,\ l,\ m\leq n </math> के लिए हम सामान्यतः <math>\alpha\in\Omega^k(M)</math>, <math>\beta\in\Omega^l(M)</math>, <math>\gamma\in\Omega^m(M)</math> लिखते हैं।


इस प्रकार से <math>0</math>-रूप <math>f\in\Omega^0(M)</math> <math>M</math> पर मात्र अदिश फलन <math>C^{\infty}(M)</math> हैं। <math>\mathbf{1}\in\Omega^0(M)</math> प्रत्येक स्थान 1 के बराबर स्थिरांक 0-रूप को दर्शाता है।
इस प्रकार से <math>0</math>-रूप <math>f\in\Omega^0(M)</math> <math>M</math> पर मात्र अदिश फलन <math>C^{\infty}(M)</math> हैं। <math>\mathbf{1}\in\Omega^0(M)</math> प्रत्येक समष्टि 1 के बराबर स्थिरांक 0-रूप को दर्शाता है।


=== अनुक्रम के छोड़े गए अवयव ===
=== अनुक्रम के छोड़े गए अवयव ===


जब हमें<math>(k+1)</math> इनपुट <math>X_0,\ldots,X_k</math> और <math>k</math>-रूप <math>\alpha\in\Omega^k(M)</math> दिया जाता है तो हम
जब हमें <math>(k+1)</math> निवेश <math>X_0,\ldots,X_k</math> और <math>k</math>-रूप <math>\alpha\in\Omega^k(M)</math> दिया जाता है तो हम


:<math>\alpha(X_0,\ldots,\hat{X}_i,\ldots,X_k):=\alpha(X_0,\ldots,X_{i-1},X_{i+1},\ldots,X_k) </math> लिखकर <math>i</math>वीं प्रविष्टि के लोप को दर्शाती हैं।
:<math>\alpha(X_0,\ldots,\hat{X}_i,\ldots,X_k):=\alpha(X_0,\ldots,X_{i-1},X_{i+1},\ldots,X_k) </math> लिखकर <math>i</math>वीं प्रविष्टि के लोप को दर्शाते हैं।
=== [[बाहरी उत्पाद|बाह्य गुणनफल]] ===
=== [[बाहरी उत्पाद|बाह्य गुणनफल]] ===


Line 42: Line 42:
अतः बाह्य व्युत्पन्न <math>d_k : \Omega^k(M) \rightarrow \Omega^{k+1}(M) </math> को सभी <math> 0 \leq k\leq n</math> के लिए परिभाषित किया गया है। हम सामान्यतः सबस्क्रिप्ट को तब छोड़ देते हैं जब वह संदर्भ से स्पष्ट हो।
अतः बाह्य व्युत्पन्न <math>d_k : \Omega^k(M) \rightarrow \Omega^{k+1}(M) </math> को सभी <math> 0 \leq k\leq n</math> के लिए परिभाषित किया गया है। हम सामान्यतः सबस्क्रिप्ट को तब छोड़ देते हैं जब वह संदर्भ से स्पष्ट हो।


<math>0</math>-रूप <math>f\in\Omega^0(M)</math> के लिए हमारे निकट <math>1</math>-रूप के रूप में <math>d_0f\in\Omega^1(M)</math> है जो दिशात्मक व्युत्पन्न देता है, अर्थात, अनुभाग <math>X\in \Gamma(TM)</math> के लिए हमारे निकट <math>(d_0f)(X) = \partial_X f</math> है, <math>X</math> के सा <math>f</math> का दिशात्मक व्युत्पन्न है।<ref name=":0">{{Cite book|title=अनेक गुनाओं का परिचय|last=Tu, Loring W.|date=2011|publisher=Springer|isbn=9781441974006|edition=2nd|location=New York|pages=34, 233|oclc=682907530}}</ref>
<math>0</math>-रूप <math>f\in\Omega^0(M)</math> के लिए हमारे निकट <math>1</math>-रूप के रूप में <math>d_0f\in\Omega^1(M)</math> है जो दिशात्मक व्युत्पन्न देता है, अर्थात, अनुभाग <math>X\in \Gamma(TM)</math> के लिए हमारे निकट <math>(d_0f)(X) = \partial_X f</math> है, जो <math>X</math> के साथ <math>f</math> का दिशात्मक व्युत्पन्न है।<ref name=":0">{{Cite book|title=अनेक गुनाओं का परिचय|last=Tu, Loring W.|date=2011|publisher=Springer|isbn=9781441974006|edition=2nd|location=New York|pages=34, 233|oclc=682907530}}</ref>


<math> 0 < k\leq n</math> के लिए,<ref name=":0" />
<math> 0 < k\leq n</math> के लिए,<ref name=":0" />
Line 56: Line 56:
=== स्पर्शरेखा प्रतिचित्र ===
=== स्पर्शरेखा प्रतिचित्र ===


यदि <math> \phi : M \rightarrow N </math> एक स्मूथ प्रतिचित्र है, तो <math>d\phi|_p:T_pM\rightarrow T_{\phi(p)}N</math> <math>M</math> से <math>N</math> तक एक स्पर्श रेखा प्रतिचित्र को परिभाषित करता है। अतः इसे व्युत्पन्न <math>\gamma'(0)=X\in T_pM</math> के साथ <math>M</math> पर वक्र <math>\gamma</math> के माध्यम से परिभाषित किया गया है जैसे कि
यदि <math> \phi : M \rightarrow N </math> एक समतल प्रतिचित्र है, तो <math>d\phi|_p:T_pM\rightarrow T_{\phi(p)}N</math> <math>M</math> से <math>N</math> तक एक स्पर्श रेखा प्रतिचित्र को परिभाषित करता है। अतः इसे व्युत्पन्न <math>\gamma'(0)=X\in T_pM</math> के साथ <math>M</math> पर वक्र <math>\gamma</math> के माध्यम से परिभाषित किया गया है जैसे कि


:<math>d\phi(X):=(\phi\circ\gamma)' .</math>
:<math>d\phi(X):=(\phi\circ\gamma)' .</math>
Line 63: Line 63:
=== पुल-बैक ===
=== पुल-बैक ===


यदि <math> \phi : M \rightarrow N </math> स्मूथ प्रतिचित्र है, तो <math>k</math>-रूप <math> \alpha\in \Omega^k(N) </math> का [[पुलबैक (विभेदक ज्यामिति)]] इस प्रकार परिभाषित किया गया है कि किसी भी <math>k</math>-विमीय उपमैनिफोल्ड <math>\Sigma\subset M</math>
यदि <math> \phi : M \rightarrow N </math> समतल प्रतिचित्र है, तो <math>k</math>-रूप <math> \alpha\in \Omega^k(N) </math> का [[पुलबैक (विभेदक ज्यामिति)]] इस प्रकार परिभाषित किया गया है कि किसी भी <math>k</math>-विमीय उपमैनिफोल्ड <math>\Sigma\subset M</math>
:<math> \int_{\Sigma} \phi^*\alpha = \int_{\phi(\Sigma)} \alpha </math> के लिए है।
:<math> \int_{\Sigma} \phi^*\alpha = \int_{\phi(\Sigma)} \alpha </math> के लिए है।
इस प्रकार से पुल-बैक को
इस प्रकार से पुल-बैक को
Line 70: Line 70:
===[[आंतरिक उत्पाद|आंतरिक गुणनफल]] ===
===[[आंतरिक उत्पाद|आंतरिक गुणनफल]] ===


आंतरिक व्युत्पन्न के रूप में भी जाना जाता है, अनुभाग <math> Y\in \Gamma(TM) </math> दिया गया आंतरिक गुणनफल एक प्रतिचित्र <math>\iota_Y:\Omega^{k+1}(M) \rightarrow \Omega^k(M)</math> है जो प्रभावी रूप से <math>Y</math> के साथ <math>(k+1)</math>-रूप के पहले इनपुट को प्रतिस्थापित करता है। इस प्रकार से यदि <math>\alpha\in\Omega^{k+1}(M)</math> और <math>X_i\in \Gamma(TM)</math> है तो
आंतरिक व्युत्पन्न के रूप में भी जाना जाता है, अनुभाग <math> Y\in \Gamma(TM) </math> दिया गया आंतरिक गुणनफल एक प्रतिचित्र <math>\iota_Y:\Omega^{k+1}(M) \rightarrow \Omega^k(M)</math> है जो प्रभावी रूप से <math>Y</math> के साथ <math>(k+1)</math>-रूप के पहले निवेश को प्रतिस्थापित करता है। इस प्रकार से यदि <math>\alpha\in\Omega^{k+1}(M)</math> और <math>X_i\in \Gamma(TM)</math> है, तो


:<math> (\iota_Y\alpha)(X_1,\ldots,X_k) = \alpha(Y,X_1,\ldots,X_k) </math>।
:<math> (\iota_Y\alpha)(X_1,\ldots,X_k) = \alpha(Y,X_1,\ldots,X_k) </math>।
=== मापीय टेंसर ===
=== मापन टेंसर ===


प्रत्येक <math> T_p M </math> पर एक [[गैर-अपक्षयी द्विरेखीय रूप]] <math> g_p( \cdot , \cdot ) </math> दिया गया है जो कि <math>M</math> पर सतत है, मैनिफोल्ड एक [[छद्म-रीमैनियन मैनिफोल्ड]] बन जाता है। हम [[मीट्रिक टेंसर|मापीय टेंसर]] <math>g</math> को निरूपित करते हैं, जिसे <math> g( X , Y )|_p = g_p( X|_p , Y|_p ) </math> द्वारा बिंदुवार परिभाषित किया गया है। इस प्रकार से हम <math>s=\operatorname{sign}(g)</math> को मापीय का हस्ताक्षर कहते हैं। अतः [[रीमैनियन मैनिफोल्ड]] में <math>s=1</math> है, जबकि [[मिन्कोवस्की स्थान|मिन्कोवस्की समष्टि]] में <math>s=-1</math> है।
प्रत्येक <math> T_p M </math> पर एक [[गैर-अपक्षयी द्विरेखीय रूप]] <math> g_p( \cdot , \cdot ) </math> दिया गया है जो कि <math>M</math> पर सतत है, मैनिफोल्ड एक [[छद्म-रीमैनियन मैनिफोल्ड]] बन जाता है। हम [[मीट्रिक टेंसर|मापन टेंसर]] <math>g</math> को निरूपित करते हैं, जिसे <math> g( X , Y )|_p = g_p( X|_p , Y|_p ) </math> द्वारा बिंदुवार परिभाषित किया गया है। इस प्रकार से हम <math>s=\operatorname{sign}(g)</math> को मापन का संकेत कहते हैं। अतः [[रीमैनियन मैनिफोल्ड]] में <math>s=1</math> है, जबकि [[मिन्कोवस्की स्थान|मिन्कोवस्की समष्टि]] में <math>s=-1</math> है।


=== संगीत समरूपता ===
=== संगीत समरूपता ===


मापीय टेंसर <math>g(\cdot,\cdot)</math> सदिश क्षेत्र और एक-रूपों के बीच द्वंद्व प्रतिचित्रण को प्रेरित करता है: ये संगीतमय समरूपताएं समतल <math>\flat</math> और तीव्र <math>\sharp</math> हैं। एक अनुभाग <math> A \in \Gamma(TM)</math> अद्वितीय एक-रूप <math>A^{\flat}\in\Omega^1(M)</math> से मेल खाता है जैसे कि सभी अनुभागों <math>X \in \Gamma(TM)</math> के लिए, हमारे निकट:
मापन टेंसर <math>g(\cdot,\cdot)</math> सदिश क्षेत्र और एक-रूपों के बीच द्वंद्व प्रतिचित्रण को प्रेरित करता है: ये संगीतमय समरूपताएं समतल <math>\flat</math> और तीव्र <math>\sharp</math> हैं। एक अनुभाग <math> A \in \Gamma(TM)</math> अद्वितीय एक-रूप <math>A^{\flat}\in\Omega^1(M)</math> से मेल खाता है जैसे कि सभी अनुभागों <math>X \in \Gamma(TM)</math> के लिए, हमारे निकट:


:<math> A^{\flat}(X) = g(A,X) </math> है।
:<math> A^{\flat}(X) = g(A,X) </math> है।
Line 93: Line 93:
इस प्रकार से एन-मैनिफोल्ड M के लिए, [[हॉज स्टार ऑपरेटर|हॉज स्टार संक्रियक]] <math>{\star}:\Omega^k(M)\rightarrow\Omega^{n-k}(M)</math> एक द्वैत प्रतिचित्रण है, जो <math>k</math>-रूप <math>\alpha \in \Omega^k(M)</math> को <math>(n{-}k)</math>-रूप <math>({\star}\alpha) \in \Omega^{n-k}(M)</math> में ले जाता है।
इस प्रकार से एन-मैनिफोल्ड M के लिए, [[हॉज स्टार ऑपरेटर|हॉज स्टार संक्रियक]] <math>{\star}:\Omega^k(M)\rightarrow\Omega^{n-k}(M)</math> एक द्वैत प्रतिचित्रण है, जो <math>k</math>-रूप <math>\alpha \in \Omega^k(M)</math> को <math>(n{-}k)</math>-रूप <math>({\star}\alpha) \in \Omega^{n-k}(M)</math> में ले जाता है।


अतः इसे <math>TM</math> के लिए अभिविन्यस्त संरचना <math>(X_1,\ldots,X_n)</math> के संदर्भ में परिभाषित किया जा सकता है, जो दिए गए मापीय टेंसर <math>g</math>:
अतः इसे <math>TM</math> के लिए अभिविन्यस्त संरचना <math>(X_1,\ldots,X_n)</math> के संदर्भ में परिभाषित किया जा सकता है, जो दिए गए मापन टेंसर <math>g</math>:


:<math>
:<math>
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=== अभिविन्यस्त मैनिफोल्ड ===
=== अभिविन्यस्त मैनिफोल्ड ===


एक <math>n</math>-विमीय स्टीयरेबल मैनिफोल्ड {{mvar|M}} एक मैनिफोल्ड है जिसे {{mvar|n}}-रूप <math>\mu\in\Omega^n(M)</math> के विकल्प से सुसज्जित किया जा सकता है जो {{mvar|M}} पर प्रत्येक स्थान सतत और गैर-शून्य है।
एक <math>n</math>-विमीय अभिविन्यसनीय मैनिफोल्ड {{mvar|M}} एक ऐसा मैनिफोल्ड है जिसे {{mvar|n}}-रूप <math>\mu\in\Omega^n(M)</math> के विकल्प से संगत किया जा सकता है जो {{mvar|M}} पर प्रत्येक समष्टि सतत और गैर-शून्य है।


=== आयतन रूप ===
=== आयतन रूप ===


इस प्रकार से एक अभिविन्यसनीय मैनिफोल्ड <math>M</math> पर मापीय टेंसर <math>g</math> दिए गए [[वॉल्यूम फॉर्म|आयतन रूप]] के विहित चयन और अभिविन्यास (सदिश समष्टि) से मेल खाने के लिए किसी भी आधार <math>dX_1,\ldots, dX_n</math> के लिए अभिविन्यास <math>\mathbf{det}:=\sqrt{|\det g|}\;dX_1^{\flat}\wedge\ldots\wedge dX_n^{\flat}</math> है।
इस प्रकार से एक अभिविन्यसनीय मैनिफोल्ड <math>M</math> पर मापन टेंसर <math>g</math> दिए गए [[वॉल्यूम फॉर्म|आयतन रूप]] के विहित चयन और अभिविन्यास (सदिश समष्टि) से मेल खाने के लिए किसी भी आधार <math>dX_1,\ldots, dX_n</math> के लिए अभिविन्यास <math>\mathbf{det}:=\sqrt{|\det g|}\;dX_1^{\flat}\wedge\ldots\wedge dX_n^{\flat}</math> है।


===क्षेत्रफल ===
===क्षेत्रफल ===


अतः एक आयतन रूप <math>\mathbf{det}</math> और इकाई सामान्य सदिश <math>N</math> को देखते हुए हम सीमा {{nowrap|boundary <math>\partial M</math>}} पर एक क्षेत्र रूप <math>\sigma:=\iota_N\textbf{det}</math> को भी परिभाषित कर सकते हैं।
अतः एक आयतन रूप <math>\mathbf{det}</math> और इकाई सामान्य सदिश <math>N</math> को देखते हुए हम {{nowrap|boundary <math>\partial M</math>}} पर एक क्षेत्र रूप <math>\sigma:=\iota_N\textbf{det}</math> को भी परिभाषित कर सकते हैं।


=== के-रूप पर द्विरैखिक रूप ===
=== <math>k</math>-रूप पर द्विरैखिक रूप ===


इस प्रकार से मापीय टेंसर का सामान्यीकरण, दो <math>k</math>-रूप <math>\alpha,\beta\in\Omega^k(M)</math> के बीच [[सममित द्विरेखीय रूप]], <math>M</math> पर
इस प्रकार से मापन टेंसर का सामान्यीकरण, दो <math>k</math>-रूप <math>\alpha,\beta\in\Omega^k(M)</math> के बीच [[सममित द्विरेखीय रूप]], <math>M</math> पर


:<math>
:<math>
Line 124: Line 124:
</math> द्वारा [[बिंदुवार]] परिभाषित किया गया है।
</math> द्वारा [[बिंदुवार]] परिभाषित किया गया है।


  <math>k</math>-रूप <math>\Omega^k(M)</math> के स्थान के लिए <math>L^2</math> द्विरेखीय रूप को
  <math>k</math>-रूप <math>\Omega^k(M)</math> की समष्टि के लिए <math>L^2</math> द्विरेखीय रूप को


:<math>
:<math>
Line 138: Line 138:
\mathcal{L}_X = d \circ \iota_X + \iota_X \circ d  
\mathcal{L}_X = d \circ \iota_X + \iota_X \circ d  
</math> के रूप में परिभाषित करते हैं।
</math> के रूप में परिभाषित करते हैं।
इस प्रकार से यह अनुभाग <math>X</math> से जुड़े प्रवाह <math>\phi_t</math> के साथ <math>k</math>-रूप (गणित) के परिवर्तन का वर्णन करता है।
इस प्रकार से यह अनुभाग <math>X</math> से सम्बद्ध प्रवाह <math>\phi_t</math> के साथ <math>k</math>-रूप (गणित) के परिवर्तन का वर्णन करता है।
=== पुल-बैक गुण ===
=== पुल-बैक गुण ===


Line 195: Line 195:
:<math>\alpha\in \Omega^k(M)</math> के लिए <math>
:<math>\alpha\in \Omega^k(M)</math> के लिए <math>
{\star}{\star}\alpha = s(-1)^{k(n-k)}\alpha
{\star}{\star}\alpha = s(-1)^{k(n-k)}\alpha
</math>, <math>n=\dim(M)</math>, और मापीय का चिह्न <math>s = \operatorname{sign}(g)</math>  
</math>, <math>n=\dim(M)</math>, और मापन का संकेत <math>s = \operatorname{sign}(g)</math>


:<math>
:<math>
Line 365: Line 365:
=== पोंकारे लेम्मा ===
=== पोंकारे लेम्मा ===


इस प्रकार से यदि एक सीमाहीन मैनिफोल्ड <math>M</math> में तुच्छ सह समरूपता <math>H^k(M)=\{0\}</math> है, तो कोई भी संवृत <math>\omega\in\Omega^k(M)</math> यथार्थ है। अतः यह स्थिति है यदि M [[अनुबंध योग्य स्थान]] है।
इस प्रकार से यदि एक सीमाहीन मैनिफोल्ड <math>M</math> में तुच्छ सह समरूपता <math>H^k(M)=\{0\}</math> है, तो कोई भी संवृत <math>\omega\in\Omega^k(M)</math> यथार्थ है। अतः यह स्थिति है यदि M [[अनुबंध योग्य स्थान|अनुबंध योग्य समष्टि]] है।


== सदिश कलन से संबंध ==
== सदिश कलन से संबंध ==
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=== यूक्लिडियन 3-समष्टि में समरूपता ===
=== यूक्लिडियन 3-समष्टि में समरूपता ===


मान लीजिए [[यूक्लिडियन मीट्रिक|यूक्लिडियन मापीय]] <math>g(X,Y):=\langle X,Y\rangle = X\cdot Y</math>।
मान लीजिए [[यूक्लिडियन मीट्रिक|यूक्लिडियन मापन]] <math>g(X,Y):=\langle X,Y\rangle = X\cdot Y</math>।


अतः इस प्रकार से हम <math>\alpha\in\Omega^1(M)</math> के लिए <math>
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\mathcal{L}_X(\mathbf{det})=(\text{div}(X))\mathbf{det}
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Latest revision as of 12:07, 1 August 2023

यह आलेख बाह्य कलन में कई समरूपताओं (गणित) का सारांश प्रस्तुत करता है।[1][2][3][4][5]

संकेतन

इस प्रकार से निम्नलिखित संक्षिप्त परिभाषाओं और संकेतनों का सारांश प्रस्तुत करता है जिनका उपयोग इस आलेख में किया गया है।

मैनिफोल्ड

, -विमीय समतल (स्मूथ) मैनिफोल्ड हैं, जहां । अर्थात्, भिन्न-भिन्न मैनिफोल्ड जिन्हें इस पृष्ठ पर प्रयोजनों के लिए पर्याप्त एक बार विभेदित किया जा सकता है।

इस प्रकार से , प्रत्येक मैनिफोल्ड पर एक बिंदु दर्शाता है।

मैनिफोल्ड की सीमा मैनिफोल्ड है , जिसकी विमा है। पर एक अभिविन्यास पर एक अभिविन्यास प्रेरित करता है।

अतः हम सामान्यतः उपमैनिफोल्ड को से निरूपित करते हैं।

स्पर्शरेखा और कोटिस्पर्श रेखा बंडल

इस प्रकार से , समतल मैनिफोल्ड के क्रमशः स्पर्शरेखा बंडल और कोटिस्पर्श रेखा बंडल को दर्शाता है।

अतः , क्रमशः बिंदु , , पर , के स्पर्शरेखा समष्टि को दर्शाता है। बिंदु पर के कोटिस्पर्श रेखा समष्टि को दर्शाता है।

स्पर्शरेखा बंडलों का खंड (फाइबर बंडल), जिसे सदिश क्षेत्र के रूप में भी जाना जाता है, इसको सामान्यतः के रूप में दर्शाया जाता है जैसे कि बिंदु पर हमारे निकट है। इस प्रकार से कोटिस्पर्श रेखा बंडल के अनुभाग, जिन्हें विभेदक रूप (या सहसदिश क्षेत्र) के रूप में भी जाना जाता है, इसको सामान्यतः के रूप में दर्शाया जाता है जैसे कि बिंदु पर हमारे निकट है। के लिए एक वैकल्पिक संकेतन है।

विभेदक k-रूप

विभेदक -रूप, जिसे हम यहां मात्र -रूप के रूप में संदर्भित करते हैं, पर परिभाषित विभेदक रूप हैं। हम सभी -रूपों के समुच्चय को के रूप में निरूपित करते हैं। के लिए हम सामान्यतः , , लिखते हैं।

इस प्रकार से -रूप पर मात्र अदिश फलन हैं। प्रत्येक समष्टि 1 के बराबर स्थिरांक 0-रूप को दर्शाता है।

अनुक्रम के छोड़े गए अवयव

जब हमें निवेश और -रूप दिया जाता है तो हम

लिखकर वीं प्रविष्टि के लोप को दर्शाते हैं।

बाह्य गुणनफल

इस प्रकार से बाह्य गुणनफल को वेज गुणनफल के रूप में भी जाना जाता है। इसे से दर्शाया जाता है। अतः -रूप और -रूप का बाह्य गुणनफल -रूप उत्पन्न करता है। इसे के सभी क्रमपरिवर्तन के समुच्चय का उपयोग करके लिखा जा सकता है जैसे कि को

के रूप में है।

दिशात्मक व्युत्पन्न

इस प्रकार से अनुभाग के अनुदिश 0-रूप का दिशात्मक व्युत्पन्न 0-रूप निरूपित है।

बाह्य व्युत्पन्न

अतः बाह्य व्युत्पन्न को सभी के लिए परिभाषित किया गया है। हम सामान्यतः सबस्क्रिप्ट को तब छोड़ देते हैं जब वह संदर्भ से स्पष्ट हो।

-रूप के लिए हमारे निकट -रूप के रूप में है जो दिशात्मक व्युत्पन्न देता है, अर्थात, अनुभाग के लिए हमारे निकट है, जो के साथ का दिशात्मक व्युत्पन्न है।[6]

के लिए,[6]

लाई कोष्ठक

इस प्रकार से अनुभागों के लाई कोष्ठक को अद्वितीय अनुभाग के रूप में परिभाषित किया गया है जो

को संतुष्ट करता है।

स्पर्शरेखा प्रतिचित्र

यदि एक समतल प्रतिचित्र है, तो से तक एक स्पर्श रेखा प्रतिचित्र को परिभाषित करता है। अतः इसे व्युत्पन्न के साथ पर वक्र के माध्यम से परिभाषित किया गया है जैसे कि

ध्यान दें कि में मानों के साथ -रूप है।

पुल-बैक

यदि समतल प्रतिचित्र है, तो -रूप का पुलबैक (विभेदक ज्यामिति) इस प्रकार परिभाषित किया गया है कि किसी भी -विमीय उपमैनिफोल्ड

के लिए है।

इस प्रकार से पुल-बैक को

के रूप में भी व्यक्त किया जा सकता है।

आंतरिक गुणनफल

आंतरिक व्युत्पन्न के रूप में भी जाना जाता है, अनुभाग दिया गया आंतरिक गुणनफल एक प्रतिचित्र है जो प्रभावी रूप से के साथ -रूप के पहले निवेश को प्रतिस्थापित करता है। इस प्रकार से यदि और है, तो

मापन टेंसर

प्रत्येक पर एक गैर-अपक्षयी द्विरेखीय रूप दिया गया है जो कि पर सतत है, मैनिफोल्ड एक छद्म-रीमैनियन मैनिफोल्ड बन जाता है। हम मापन टेंसर को निरूपित करते हैं, जिसे द्वारा बिंदुवार परिभाषित किया गया है। इस प्रकार से हम को मापन का संकेत कहते हैं। अतः रीमैनियन मैनिफोल्ड में है, जबकि मिन्कोवस्की समष्टि में है।

संगीत समरूपता

मापन टेंसर सदिश क्षेत्र और एक-रूपों के बीच द्वंद्व प्रतिचित्रण को प्रेरित करता है: ये संगीतमय समरूपताएं समतल और तीव्र हैं। एक अनुभाग अद्वितीय एक-रूप से मेल खाता है जैसे कि सभी अनुभागों के लिए, हमारे निकट:

है।

एक रूप अद्वितीय सदिश क्षेत्र से मेल खाता है जैसे कि सभी के लिए, हमारे निकट:

है।

इस प्रकार से ये प्रतिचित्रण बहुरेखीयता के माध्यम से -सदिश क्षेत्र से -रूप और -रूप से -सदिश क्षेत्र तक

के माध्यम से प्रतिचित्रण तक विस्तारित होती है।

हॉज स्टार

इस प्रकार से एन-मैनिफोल्ड M के लिए, हॉज स्टार संक्रियक एक द्वैत प्रतिचित्रण है, जो -रूप को -रूप में ले जाता है।

अतः इसे के लिए अभिविन्यस्त संरचना के संदर्भ में परिभाषित किया जा सकता है, जो दिए गए मापन टेंसर :

के संबंध में प्रसामान्य लांबिक है।

सह-विभेदक संक्रियक

इस प्रकार से विमीय मैनिफोल्ड पर हॉज स्टार संक्रियक को

द्वारा परिभाषित किया गया है।

अतः हॉज-डिरैक संक्रियक, , एक डिरैक संक्रियक है जिसका अध्ययन क्लिफोर्ड विश्लेषण में किया गया है।

अभिविन्यस्त मैनिफोल्ड

एक -विमीय अभिविन्यसनीय मैनिफोल्ड M एक ऐसा मैनिफोल्ड है जिसे n-रूप के विकल्प से संगत किया जा सकता है जो M पर प्रत्येक समष्टि सतत और गैर-शून्य है।

आयतन रूप

इस प्रकार से एक अभिविन्यसनीय मैनिफोल्ड पर मापन टेंसर दिए गए आयतन रूप के विहित चयन और अभिविन्यास (सदिश समष्टि) से मेल खाने के लिए किसी भी आधार के लिए अभिविन्यास है।

क्षेत्रफल

अतः एक आयतन रूप और इकाई सामान्य सदिश को देखते हुए हम boundary पर एक क्षेत्र रूप को भी परिभाषित कर सकते हैं।

-रूप पर द्विरैखिक रूप

इस प्रकार से मापन टेंसर का सामान्यीकरण, दो -रूप के बीच सममित द्विरेखीय रूप, पर

द्वारा बिंदुवार परिभाषित किया गया है।
-रूप  की समष्टि के लिए  द्विरेखीय रूप को
द्वारा परिभाषित किया गया है।

अतः रीमैनियन मैनिफोल्ड की स्थिति में, प्रत्येक आंतरिक गुणनफल है (अर्थात धनात्मक-निश्चित है)।

लाई व्युत्पन्न

हम किसी दिए गए खंड के लिए कार्टन के अवधि सूत्र के माध्यम से लाइ व्युत्पन्न को

के रूप में परिभाषित करते हैं।

इस प्रकार से यह अनुभाग से सम्बद्ध प्रवाह के साथ -रूप (गणित) के परिवर्तन का वर्णन करता है।

पुल-बैक गुण

( के साथ क्रमविनिमेय)
( पर वितरित करता है)
(विपरीत)
के लिए (फलन रचना)

संगीत समरूपता गुण

आंतरिक गुणनफल गुण

(निलपोटेंट)
के लिए (लीबनिज नियम)
के लिए
के लिए
के लिए

हॉज स्टार गुण

के लिए (रैखिकता)
के लिए , , और मापन का संकेत
(व्युत्क्रम)
के लिए (-रूपों के साथ क्रमविनिमेय)
के लिए (हॉज स्टार -रूप मानदंड को संरक्षित रखता है)
(स्थिर फलन 1 का हॉज द्वैत आयतन रूप है)

सह-विभेदक संक्रियक गुण

(निलपोटेंट)
और (हॉज से सम्बद्ध है)
यदि ( से सम्बद्ध है)
सामान्य रूप में,
के लिए

लाई व्युत्पन्न गुण

( के साथ क्रमविनिमेय)
( के साथ क्रमविनिमेय)
(लीबनिज नियम)
को धनात्मक रूप से अभिविन्यस्त प्रसामान्य लांबिक संरचना दिया गया है।

हॉज अपघटन

यदि , जैसे कि

पोंकारे लेम्मा

इस प्रकार से यदि एक सीमाहीन मैनिफोल्ड में तुच्छ सह समरूपता है, तो कोई भी संवृत यथार्थ है। अतः यह स्थिति है यदि M अनुबंध योग्य समष्टि है।

सदिश कलन से संबंध

यूक्लिडियन 3-समष्टि में समरूपता

मान लीजिए यूक्लिडियन मापन

अतः इस प्रकार से हम के लिए डेल

का उपयोग करते हैं।
(अदिश त्रिगुण गुणनफल)
(अनुप्रस्थ गुणनफल)
यदि
(अदिश गुणनफल)
(प्रवणता)
(दिशात्मक व्युत्पन्न)
(विचलन)
(कर्ल (गणित))
जहाँ , का इकाई सामान्य सदिश है और , पर क्षेत्र का रूप है।
(विचलन प्रमेय)

लाई व्युत्पन्न

(-रूप)
(-रूप)
यदि (-रूप -मैनिफोल्ड पर)
यदि (-रूप)
  1. Crane, Keenan; de Goes, Fernando; Desbrun, Mathieu; Schröder, Peter (21 July 2013). असतत बाहरी कलन के साथ डिजिटल ज्यामिति प्रसंस्करण. pp. 1–126. doi:10.1145/2504435.2504442. ISBN 9781450323390. S2CID 168676. {{cite book}}: |journal= ignored (help)
  2. Schwarz, Günter (1995). Hodge Decomposition – A Method for Solving Boundary Value Problems. Springer. ISBN 978-3-540-49403-4.
  3. Cartan, Henri (26 May 2006). विभेदक रूप (Dover ed.). Dover Publications. ISBN 978-0486450100.
  4. Bott, Raoul; Tu, Loring W. (16 May 1995). बीजगणितीय टोपोलॉजी में विभेदक रूप. Springer. ISBN 978-0387906133.
  5. Abraham, Ralph; J.E., Marsden; Ratiu, Tudor (6 December 2012). मैनिफोल्ड्स, टेंसर विश्लेषण और अनुप्रयोग (2nd ed.). Springer-Verlag. ISBN 978-1-4612-1029-0.
  6. 6.0 6.1 Tu, Loring W. (2011). अनेक गुनाओं का परिचय (2nd ed.). New York: Springer. pp. 34, 233. ISBN 9781441974006. OCLC 682907530.