सदिश-मूल्यवान अवकल रूप

गणित में, कई गुना एम पर एक वेक्टर-वैल्यू डिफरेंशियल फॉर्म एक सदिश स्थल वी में मानों के साथ एम पर एक डिफरेंशियल फॉर्म है। अधिक सामान्यतः, यह एम के ऊपर कुछ वेक्टर बंडल ई में मूल्यों के साथ एक विभेदक रूप है। साधारण विभेदक रूपों को आर-मूल्यवान विभेदक रूपों के रूप में देखा जा सकता है।

वेक्टर-मूल्यवान विभेदक रूपों का एक महत्वपूर्ण मामला बीजगणित-मूल्यवान रूप हैं। (एक कनेक्शन प्रपत्र ऐसे फॉर्म का एक उदाहरण है।)

परिभाषा

मान लीजिए कि M एक चिकनी कई गुना है और E → M, M के ऊपर एक स्मूथ वेक्टर बंडल है। हम बंडल E के अनुभाग (फाइबर बंडल) के स्थान को Γ(E) से निरूपित करते हैं। डिग्री पी का 'ई-मूल्यवान अंतर रूप' Λ के साथ ई के टेंसर उत्पाद बंडल का एक चिकना खंड है^प(टी^∗M), M के कोटैंजेंट बंडल की p-th बाहरी शक्ति। ऐसे रूपों का स्थान निम्न द्वारा दर्शाया गया है

$\Omega ^{p}(M,E)=\Gamma (E\otimes \Lambda ^{p}T^{*}M).$

क्योंकि Γ एक मजबूत मोनोइडल फ़ैक्टर है,इसका अर्थ इस प्रकार भी निकाला जा सकता है

$\Gamma (E\otimes \Lambda ^{p}T^{*}M)=\Gamma (E)\otimes _{\Omega ^{0}(M)}\Gamma (\Lambda ^{p}T^{*}M)=\Gamma (E)\otimes _{\Omega ^{0}(M)}\Omega ^{p}(M),$

जहां बाद के दो टेंसर उत्पाद रिंग के ऊपर मॉड्यूल के टेंसर उत्पाद हैं (गणित) Ω⁰(एम) एम पर सुचारू 'आर'-मूल्य वाले फ़ंक्शन (सातवां उदाहरण मॉड्यूल देखें (गणित)#उदाहरण)। परंपरा के अनुसार, ई-मूल्यवान 0-फॉर्म बंडल ई का सिर्फ एक खंड है। यानी,

$\Omega ^{0}(M,E)=\Gamma (E).\,$

समान रूप से, एक ई-मूल्यवान अंतर रूप को वेक्टर बंडल आकारिकी के रूप में परिभाषित किया जा सकता है

$TM\otimes \cdots \otimes TM\to E$

जो पूरी तरह से तिरछा-सममित मैट्रिक्स|तिरछा-सममित है।

मान लीजिए V एक निश्चित सदिश समष्टि है। डिग्री पी का 'वी-मूल्यवान अंतर रूप' तुच्छ बंडल एम × वी में मूल्यों के साथ डिग्री पी का एक अंतर रूप है। ऐसे रूपों का स्थान Ω दर्शाया गया है^पी(एम, वी). जब वी = 'आर' एक साधारण अंतर रूप की परिभाषा को पुनः प्राप्त करता है। यदि V परिमित-आयामी है, तो कोई यह दिखा सकता है कि प्राकृतिक समरूपता

$\Omega ^{p}(M)\otimes _{\mathbb {R} }V\to \Omega ^{p}(M,V),$

जहां पहला टेंसर उत्पाद R पर सदिश स्थानों का है, एक समरूपता है।

वेक्टर-मूल्यवान रूपों पर संचालन

पुलबैक

कोई सामान्य रूपों की तरह ही चिकने मानचित्रों द्वारा वेक्टर-मूल्यवान रूपों के पुलबैक (विभेदक ज्यामिति) को परिभाषित कर सकता है। एक सहज मानचित्र द्वारा N पर E-मूल्यवान फॉर्म का पुलबैक φ : M → N, M पर एक (φ*E)-मूल्यवान फॉर्म है, जहां φ*E, φ द्वारा E का पुलबैक बंडल है।

सूत्र सामान्य मामले की तरह ही दिया गया है। एन पर किसी भी ई-मूल्यवान पी-फॉर्म ω के लिए पुलबैक φ*ω द्वारा दिया जाता है

$(\varphi ^{*}\omega )_{x}(v_{1},\cdots ,v_{p})=\omega _{\varphi (x)}(\mathrm {d} \varphi _{x}(v_{1}),\cdots ,\mathrm {d} \varphi _{x}(v_{p})).$

वेज उत्पाद

सामान्य विभेदक रूपों की तरह, कोई वेक्टर-मूल्यवान रूपों के वेज उत्पाद को परिभाषित कर सकता है। ई का वेज उत्पाद₁-ई के साथ मूल्यवान पी-फॉर्म₂-मूल्यवान क्यू-फॉर्म स्वाभाविक रूप से एक (ई) है₁⊗E₂)-मूल्यांकित (p+q)-रूप:

$\wedge :\Omega ^{p}(M,E_{1})\times \Omega ^{q}(M,E_{2})\to \Omega ^{p+q}(M,E_{1}\otimes E_{2}).$

यह परिभाषा सामान्य रूपों की तरह ही है, इस अपवाद के साथ कि वास्तविक गुणन को टेंसर उत्पाद से बदल दिया जाता है:

$(\omega \wedge \eta )(v_{1},\cdots ,v_{p+q})={\frac {1}{p!q!}}\sum _{\sigma \in S_{p+q}}\operatorname {sgn}(\sigma )\omega (v_{\sigma (1)},\cdots ,v_{\sigma (p)})\otimes \eta (v_{\sigma (p+1)},\cdots ,v_{\sigma (p+q)}).$

विशेष रूप से, ई-मूल्यवान क्यू-फॉर्म के साथ एक साधारण (आर-मूल्यवान) पी-फॉर्म का वेज उत्पाद स्वाभाविक रूप से एक ई-मूल्यवान होता है ( p+q)-रूप (चूंकि तुच्छ बंडल M × R के साथ E का टेंसर उत्पाद स्वाभाविक रूप से E के समरूपी है)। ω ∈ Ω के लिए^पी(एम) और η ∈ Ω^क्यू(एम, ई) में सामान्य क्रमपरिवर्तन संबंध होता है:

$\omega \wedge \eta =(-1)^{pq}\eta \wedge \omega .$

सामान्य तौर पर, दो ई-मूल्यवान रूपों का वेज उत्पाद एक और ई-मूल्यवान रूप नहीं है, बल्कि एक (E⊗E)-मूल्यवान रूप है। हालाँकि, यदि E एक बीजगणित बंडल है (अर्थात केवल वेक्टर रिक्त स्थान के बजाय फ़ील्ड पर बीजगणित का एक बंडल) तो कोई E-मूल्यवान रूप प्राप्त करने के लिए E में गुणन के साथ रचना कर सकता है। यदि ई क्रमविनिमेय बीजगणित, साहचर्य बीजगणित का एक बंडल है, तो इस संशोधित पच्चर उत्पाद के साथ, सभी ई-मूल्यवान अंतर रूपों का सेट

$\Omega (M,E)=\bigoplus _{p=0}^{\dim M}\Omega ^{p}(M,E)$

एक श्रेणीबद्ध-क्रमविनिमेय साहचर्य बीजगणित बन जाता है। यदि E के तंतु क्रमविनिमेय नहीं हैं तो Ω(M,E) श्रेणीबद्ध-क्रमविनिमेय नहीं होंगे।

बाहरी व्युत्पन्न

किसी भी सदिश समष्टि V के लिए V-मूल्यवान रूपों के समष्टि पर एक प्राकृतिक बाह्य व्युत्पन्न होता है। यह वी के किसी भी आधार (रैखिक बीजगणित) के सापेक्ष घटक-वार सामान्य बाहरी व्युत्पन्न अभिनय है। स्पष्ट रूप से, यदि {ई_α} V के लिए एक आधार है तो V-मूल्यवान पी-फॉर्म ω = ω का अंतर^एई_α द्वारा दिया गया है

$d\omega =(d\omega ^{\alpha })e_{\alpha }.\,$

वी-मूल्यवान रूपों पर बाहरी व्युत्पन्न पूरी तरह से सामान्य संबंधों द्वारा विशेषता है:

${\begin{aligned}&d(\omega +\eta )=d\omega +d\eta \\&d(\omega \wedge \eta )=d\omega \wedge \eta +(-1)^{p}\,\omega \wedge d\eta \qquad (p=\deg \omega )\\&d(d\omega )=0.\end{aligned}}$

अधिक आम तौर पर, उपरोक्त टिप्पणियाँ ई-मूल्यवान रूपों पर लागू होती हैं जहां ई एम पर कोई फ्लैट वेक्टर बंडल है (यानी एक वेक्टर बंडल जिसका संक्रमण कार्य स्थिर है)। ई के किसी भी स्थानीय तुच्छीकरण पर बाहरी व्युत्पन्न को उपरोक्त के रूप में परिभाषित किया गया है।

यदि ई समतल नहीं है तो ई-मूल्यवान रूपों पर अभिनय करने वाले बाहरी व्युत्पन्न की कोई प्राकृतिक धारणा नहीं है। ई पर कनेक्शन (वेक्टर बंडल) के विकल्प की आवश्यकता है। ई पर एक कनेक्शन एक रैखिक अंतर ऑपरेटर है जो ई के अनुभागों को ई-मूल्यवान एक रूप में लेता है:

$\nabla :\Omega ^{0}(M,E)\to \Omega ^{1}(M,E).$

यदि E एक कनेक्शन ∇ से सुसज्जित है तो एक अद्वितीय सहसंयोजक बाहरी व्युत्पन्न है

$d_{\nabla }:\Omega ^{p}(M,E)\to \Omega ^{p+1}(M,E)$

विस्तार ∇. सहसंयोजक बाहरी व्युत्पन्न रैखिकता और समीकरण द्वारा विशेषता है

$d_{\nabla }(\omega \wedge \eta )=d_{\nabla }\omega \wedge \eta +(-1)^{p}\,\omega \wedge d\eta$

जहां ω एक ई-मूल्यवान पी-फॉर्म है और η एक सामान्य क्यू-फॉर्म है। सामान्य तौर पर, किसी को d होना आवश्यक नहीं है_∇² = 0. वास्तव में, ऐसा तभी होता है जब कनेक्शन ∇ समतल हो (अर्थात लुप्त हो रही वक्रता का रूप हो)।

प्रमुख बंडलों पर मूल या तन्य रूप

मान लीजिए E → M, M के ऊपर रैंक k का एक सहज वेक्टर बंडल है और π : F(E) → M, E का (संबद्ध बंडल) फ़्रेम बंडल है, जो एक प्रमुख बंडल GL है_k(आर) एम पर बंडल। E का π द्वारा पुलबैक बंडल विहित रूप से F(E) × के समरूपी है_ρ R^k [u, v] →u(v) के व्युत्क्रम के माध्यम से, जहां ρ मानक प्रतिनिधित्व है। इसलिए, एम पर ई-वैल्यू फॉर्म के π द्वारा पुलबैक एक 'आर' निर्धारित करता है^k-F(E) पर मूल्यांकित रूप। यह जाँचना कठिन नहीं है कि यह खींचा हुआ रूप जीएल की प्राकृतिक समूह क्रिया (गणित) के संबंध में समतुल्य|दाएँ-समतुल्य है।_k(आर) एफ(ई) × आर पर^k और ऊर्ध्वाधर बंडल (F(E) के स्पर्शरेखा सदिश जो dπ के कर्नेल में स्थित हैं) पर गायब हो जाता है। एफ(ई) पर ऐसे वेक्टर-मूल्यवान रूप विशेष शब्दावली की गारंटी देने के लिए काफी महत्वपूर्ण हैं: उन्हें एफ(ई) पर मूल या टेंसोरियल फॉर्म कहा जाता है।

मान लीजिए π : P → M एक (सुचारू) प्रिंसिपल बंडल है|प्रिंसिपल G-बंडल है और मान लीजिए कि V एक समूह प्रतिनिधित्व ρ : G → GL(V) के साथ एक निश्चित वेक्टर स्पेस है। P पर ρ प्रकार का 'बेसिक' या 'टेन्सोरिअल फॉर्म', P पर एक V-वैल्यू फॉर्म ω है जो इस अर्थ में 'समतुल्य' और 'क्षैतिज' है

1. $(R_{g})^{*}\omega =\rho (g^{-1})\omega \,$ सभी जी ∈ जी के लिए, और
2. $\omega (v_{1},\ldots ,v_{p})=0$ जब भी कम से कम एक वी_i ऊर्ध्वाधर हैं (अर्थात्, dπ(v_i) = 0).

यहां आर_g कुछ g ∈ G के लिए P पर G की सही क्रिया को दर्शाता है। ध्यान दें कि 0-रूपों के लिए दूसरी शर्त शून्य रूप से सत्य है।

उदाहरण: यदि ρ ली बीजगणित पर G का संयुक्त प्रतिनिधित्व है, तो कनेक्शन फॉर्म ω पहली शर्त को संतुष्ट करता है (लेकिन दूसरी नहीं)। संबंधित वक्रता रूप Ω दोनों को संतुष्ट करता है; इसलिए Ω आसन्न प्रकार का एक तन्य रूप है। दो कनेक्शन रूपों का अंतर एक तन्य रूप है।

उपरोक्त P और ρ को देखते हुए कोई संबंधित वेक्टर बंडल E = P × का निर्माण कर सकता है_ρ V. P पर टेन्सोरिअल q-फॉर्म, M पर E-मूल्य वाले q-फॉर्म के साथ एक प्राकृतिक एक-से-एक पत्राचार में हैं। जैसा कि ऊपर प्रमुख बंडल F(E) के मामले में है, एक q-फॉर्म दिया गया है ${\overline {\phi }}$ E में मानों के साथ M पर, P पर φ को फ़ाइबरवाइज द्वारा परिभाषित करें, मान लीजिए u पर,

$\phi =u^{-1}\pi ^{*}{\overline {\phi }}$

जहां यू को एक रैखिक समरूपता के रूप में देखा जाता है $V{\overset {\simeq }{\to }}E_{\pi (u)}=(\pi ^{*}E)_{u},v\mapsto [u,v]$. φ तो प्रकार ρ का एक तन्य रूप है। इसके विपरीत, प्रकार ρ का एक तन्य रूप φ दिया गया है, वही सूत्र एक ई-मूल्यवान रूप को परिभाषित करता है ${\overline {\phi }}$ एम पर (सीएफ. चेर्न-वेइल होमोमोर्फिज्म।) विशेष रूप से, वेक्टर रिक्त स्थान का एक प्राकृतिक आइसोमोर्फिज्म है

$\Gamma (M,E)\simeq \{f:P\to V|f(ug)=\rho (g)^{-1}f(u)\},\,{\overline {f}}\leftrightarrow f$.

उदाहरण: मान लीजिए E, M का स्पर्शरेखा बंडल है। फिर पहचान बंडल मानचित्र आईडी_E: ई → ई, एम पर एक ई-वैल्यू वन फॉर्म है। टॉटोलॉजिकल वन-फॉर्म ई के फ्रेम बंडल पर एक अद्वितीय वन-फॉर्म है जो आईडी से मेल खाता है_E. θ द्वारा निरूपित, यह मानक प्रकार का एक तन्य रूप है। अब, मान लीजिए कि पी पर एक कनेक्शन है ताकि पी पर (विभिन्न) वेक्टर-मूल्यवान रूपों पर एक बाहरी सहसंयोजक भेदभाव डी हो। उपरोक्त पत्राचार के माध्यम से, डी ई-मूल्यवान रूपों पर भी कार्य करता है: ∇ द्वारा परिभाषित करें

$\nabla {\overline {\phi }}={\overline {D\phi }}.$

विशेष रूप से शून्य-रूपों के लिए,

$\nabla :\Gamma (M,E)\to \Gamma (M,T^{*}M\otimes E)$.

यह बिल्कुल कनेक्शन (वेक्टर बंडल) के लिए सहसंयोजक व्युत्पन्न है।

उदाहरण

सील मॉड्यूलर रूप सीगल मॉड्यूलर किस्म पर वेक्टर-मूल्यवान अंतर रूपों के रूप में उत्पन्न होते हैं।

संदर्भ

• Shoshichi Kobayashi and Katsumi Nomizu (1963) Foundations of Differential Geometry, Vol. 1, Wiley Interscience.