टेंसर संकुचन

बहुरेखीय बीजगणित में, टेंसर संकुचन टेंसर पर ऑपरेशन है जो परिमित-आयामी सदिश समष्टि और इसकी दोहरी की प्राकृतिक जोड़ी से उत्पन्न होता है। घटकों में, यह टेंसर (एस) के स्केलर घटकों के उत्पादों के योग के रूप में व्यक्त किया जाता है, जो डमी सूचकांक के लिए योग सम्मेलन को प्रारम्भ करने के कारण होता है जो अभिव्यक्ति में होते हैं। मिश्रित टेंसर का संकुचन तब होता है जब टेंसर के शाब्दिक सूचकांकों (एक सबस्क्रिप्ट, दूसरा सुपरस्क्रिप्ट) के बराबर स्थित की जाती है और इसका योग किया जाता है। आइंस्टीन संकेतन में इस योग को अंकन में बनाया गया है। परिणाम 2 से घटाए गए क्रम के साथ और टेंसर है।

टेंसर संकुचन को ट्रेस (रैखिक बीजगणित) के सामान्यीकरण के रूप में देखा जा सकता है।

सार सूत्रीकरण

मान लीजिए कि V क्षेत्र (गणित) k पर सदिश समष्टि है। संकुचन ऑपरेशन का मूल, और सबसे सरल स्थितियां ,V की दोहरी समष्टि V^∗ के साथ प्राकृतिक परिवर्तन जोड़ी है। युग्मन टेंसर इन दो समष्टिों के टेंसर उत्पाद से क्षेत्र k में रैखिक परिवर्तन है

$C:V\otimes V^{*}\rightarrow k$

द्विरेखीय रूप के अनुरूप

$\langle f,v\rangle =f(v)$

जहाँ f, V^∗ में है और v, V में है। मानचित्र C, प्रकार (1, 1) के टेंसर पर संकुचन संचालन को परिभाषित करता है , जो तत्व है $V^{*}\otimes V$ ध्यान दें कि परिणाम अदिश (गणित) (k का तत्व) है। k मध्य प्राकृतिक समरूपता का उपयोग करना $V\otimes V^{*}$ और V से V तक रैखिक परिवर्तनों का समष्टि, ट्रेस (रैखिक बीजगणित) की आधार-स्वतंत्र परिभाषा प्राप्त करता है।

सामान्यतः, प्रकार (m, n) ( m ≥ 1 और n ≥ 1) का टेंसर सदिश समष्टि का तत्व है

$V\otimes \cdots \otimes V\otimes V^{*}\otimes \cdots \otimes V^{*}$

(जहां m कारक V और n कारक V हैं^∗). k वें V कारक और lवें V^∗ कारक के लिए प्राकृतिक युग्मन प्रारम्भ करना, और अन्य सभी कारकों पर पहचान का उपयोग करते हुए, (k, l) संकुचन संक्रिया को परिभाषित करता है, जो रेखीय मानचित्र है जो प्रकार (m − 1, n − 1) का टेंसर उत्पन्न करता है .(1, 1) स्थिति के अनुरूप, सामान्य संकुचन ऑपरेशन को कभी-कभी ट्रेस कहा जाता है।

सूचकांक अंकन में संकुचन

टेंसर सूचकांक अंकन में, वेक्टर और डुअल वेक्टर के मूल संकुचन को किसके द्वारा दर्शाया जाता है

${\tilde {f}}({\vec {v}})=f_{\gamma }v^{\gamma }$

जो स्पष्ट समन्वय योग के लिए आशुलिपि है

$f_{\gamma }v^{\gamma }=f_{1}v^{1}+f_{2}v^{2}+\cdots +f_{n}v^{n}$

(जहाँ vⁱ विशेष आधार पर v और f_i के घटक हैं इसी दोहरे आधार में f के घटक हैं )।

चूंकि सामान्य मिश्रित डायडिक टेंसर प्रपत्र के विघटनीय टेंसर का रैखिक संयोजन है $f\otimes v$, डायडिक स्थिति के लिए स्पष्ट सूत्र इस प्रकार है: मान लीजिए

$\mathbf {T} =T_{j}^{i}\mathbf {e} _{i}\otimes \mathbf {e} ^{j}$

मिश्रित डायाडिक टेंसर बनें। तब उसका संकुचन होता है

$T_{j}^{i}\mathbf {e} _{i}\cdot \mathbf {e} ^{j}=T_{j}^{i}\delta _{i}{}^{j}=T_{j}^{j}=T_{1}^{1}+\cdots +T_{n}^{n}$.

सामान्य संकुचन सहसंयोजक सूचकांक और प्रतिपरिवर्ती सूचकांक को एक ही वर्ण से लेबलिंग करके निरूपित किया जाता है, उस सूचकांक पर योग योग सम्मेलन द्वारा निहित किया जा रहा है। परिणामी अनुबंधित टेंसर मूल टेंसर के शेष सूचकांकों को इनहेरिट करता है। उदाहरण के लिए, प्ररूप (1,1) का नवीन टेंसर U बनाने के लिए दूसरे और तीसरे सूचकांक पर प्ररूप (2,2) के टेंसर T को अनुबंधित करना इस प्रकार लिखा जाता है

$T^{ab}{}_{bc}=\sum _{b}{T^{ab}{}_{bc}}=T^{a1}{}_{1c}+T^{a2}{}_{2c}+\cdots +T^{an}{}_{nc}=U^{a}{}_{c}.$

इसके विपरीत, चलो

$\mathbf {T} =\mathbf {e} ^{i}\otimes \mathbf {e} ^{j}$

अमिश्रित डायाडिक टेंसर बनें। यह टेंसर अनुबंध नहीं करता है; यदि इसके आधार वैक्टर बिंदीदार हैं, परिणाम प्रतिपरिवर्ती मीट्रिक (गणित) टेंसर है,

$g^{ij}=\mathbf {e} ^{i}\cdot \mathbf {e} ^{j}$,

जिसकी श्रेणी 2 है।

मीट्रिक संकुचन

See also: सूचकांकों को ऊपर उठाना और घटाना § मिन्कोव्स्की स्पेसटाइम से एक उदाहरण

जैसा कि पिछले उदाहरण में, सूचकांकों की संकुचन सामान्य रूप से संभव नहीं है जो या तो प्रतिपरिवर्ती या दोनों सहपरिवर्ती हैं। चूँकि , आंतरिक उत्पाद (मीट्रिक टेंसर के रूप में भी जाना जाता है) g की उपस्थिति में, ऐसे संकुचन संभव हैं। कोई किसी सूचकांक को आवश्यकतानुसार बढ़ाने या घटाने के लिए मीट्रिक का उपयोग करता है, और कोई संकुचन के सामान्य संचालन का उपयोग करता है। संयुक्त ऑपरेशन को मीट्रिक संकुचन के रूप में जाना जाता है।

टेंसर क्षेत्र के लिए आवेदन

संकुचन अधिकांशतः रिक्त समष्टि पर टेंसर क्षेत्र पर प्रारम्भ होता है (उदाहरण के लिए यूक्लिडियन अंतरिक्ष, मैनिफोल्ड्स, या स्कीम (गणित)) चूंकि संकुचन विशुद्ध रूप से बीजगणितीय संक्रिया है, इसे बिंदुवार टेंसर क्षेत्र में प्रारम्भ किया जा सकता है, उदाहरण. यदि T यूक्लिडियन अंतरिक्ष पर (1,1) टेंसर क्षेत्र है, तो किसी भी निर्देशांक में, इसका संकुचन (स्केलर क्षेत्र) U बिंदु x पर दिया जाता है

$U(x)=\sum _{i}T_{i}^{i}(x)$

चूँकि x की भूमिका यहाँ जटिल नहीं है, टेंसर क्षेत्रों के लिए संकेतन विशुद्ध रूप से बीजगणितीय टेंसरों के समान हो जाता है।

रीमैनियन मैनिफोल्ड्स पर, मीट्रिक (आंतरिक उत्पादों का क्षेत्र) उपलब्ध है, और सिद्धांत के लिए मीट्रिक और गैर-मीट्रिक संकुचन दोनों महत्वपूर्ण हैं। उदाहरण के लिए, रिक्की टेंसर रीमैन वक्रता टेंसर का गैर-मीट्रिक संकुचन है, और स्केलर वक्रता रिक्की टेंसर का अद्वितीय मीट्रिक संकुचन है।

मैनिफोल्ड्स पर कार्यों की उपयुक्त वलय पर मॉड्यूल के संदर्भ में टेंसर क्षेत्र का संकुचन भी देख सकता हैया संरचना शीफ ​​पर मॉड्यूल के ढेरों का संदर्भ; इस लेख के अंत में चर्चा देखें।

टेंसर विचलन

टेंसर क्षेत्र के संकुचन के अनुप्रयोग के रूप में, V को रिमेंनियन मैनिफोल्ड (उदाहरण के लिए, यूक्लिडियन स्पेस) पर वेक्टर क्षेत्र होता है । मान लो $V^{\alpha }{}_{\beta }$ V का सहसंयोजक व्युत्पन्न हो (निर्देशांक के कुछ विकल्प में)। यूक्लिडियन अंतरिक्ष में कार्टेशियन निर्देशांक के स्थिति में, कोई लिख सकता है

$V^{\alpha }{}_{\beta }={\partial V^{\alpha } \over \partial x^{\beta }}.$

सूचकांक β को α में बदलने से सूचकांकों की जोड़ी एक-दूसरे से बंधी हो जाती है, जिससे कि निम्नलिखित योग प्राप्त करने के लिए व्युत्पन्न अनुबंध स्वयं के साथ हो:

$V^{\alpha }{}_{\alpha }=V^{0}{}_{0}+\cdots +V^{n}{}_{n}$

जो विचलन div V है। फिर

$\operatorname {div} V=V^{\alpha }{}_{\alpha }=0$

V के लिए निरंतरता समीकरण है।

सामान्यतः, उच्च-श्रेणी के टेंसर क्षेत्रों पर विभिन्न विचलन संचालन को निम्नानुसार परिभाषित किया जा सकता है। यदि T प्रतिपरिवर्ती सूचकांक वाला टेंसर क्षेत्र है, सहपरिवर्ती भिन्नता को लेते हुए और चुने हुए प्रतिपरिवर्ती सूचकांक को नवीन सहपरिवर्ती सूचकांक के साथ अनुबंधित करते हुए भिन्नताके परिणामस्वरूप T की समानता में अल्प श्रेणी के नवीन टेंसर का परिणाम होता है।

टेंसरों की जोड़ी का संकुचन

टेंसर T और U की जोड़ी पर विचार करके कोर संकुचन ऑपरेशन (दोहरी वेक्टर वाला वेक्टर) को अल्प भिन्न विधि से सामान्यीकृत किया जा सकता है। टेंसर उत्पाद $T\otimes U$ नवीन टेंसर होता है, जिसे, यदि उसके निकट सहपरिवर्ती और प्रतिपरिवर्ती सूचकांक हो, तो उसे अनुबंधित किया जा सकता है। वह स्थितियां जहां T सदिश है और U दोहरा सदिश है, इस लेख में सबसे पूर्व प्रस्तुत किया गया कोर ऑपरेशन है।

टेंसर सूचकांक अंकन में, एक दूसरे के साथ दो टेंसरों को अनुबंधित करने के लिए, एक ही शब्द के कारकों के रूप में उन्हें साथ-साथ रखा जाता है। यह टेंसर उत्पाद को प्रारम्भ करता है, समग्र टेंसर उत्पन्न करता है। इस समग्र टेंसर में दो सूचकांकों को अनुबंधित करना दो टेंसरों के वांछित संकुचन को प्रारम्भ करता है।

उदाहरण के लिए, आव्यूहों को प्रकार (1,1) के टेंसर के रूप में दर्शाया जा सकता है, जिसमें प्रथम सूचकांक प्रतिपरिवर्ती और दूसरा सूचकांक सहपरिवर्ती होता है। मान $\Lambda ^{\alpha }{}_{\beta }$ मैट्रिक्स के घटक बनें और $\mathrm {M} ^{\beta }{}_{\gamma }$ दूसरे मैट्रिक्स के घटक बनें है। उनका गुणन निम्नलिखित संकुचन द्वारा दिया जाता है, टेंसरों के संकुचन का उदाहरण:

$\Lambda ^{\alpha }{}_{\beta }\mathrm {M} ^{\beta }{}_{\gamma }=\mathrm {N} ^{\alpha }{}_{\gamma }$.

इसके अतिरिक्त, वेक्टर का आंतरिक उत्पाद के साथ दो टेंसरों के संकुचन की विशेष स्थितियां है।

अधिक सामान्य बीजगणितीय संदर्भ

R क्रमविनिमेय वलय होता है और M को R पर परिमित स्वतंत्र मॉड्यूल (गणित) होता है। संकुचन M के पूर्ण (मिश्रित) टेंसर बीजगणित पर उचित उसी प्रकार से संचालित होता है जैसा कि क्षेत्र पर वेक्टर रिक्त समष्टि के स्थिति में होता है। (महत्वपूर्ण तथ्य यह है कि इस स्थिति में प्राकृतिक जोड़ी सही है।)

सामान्यतः, O_X को स्थलीय समष्टि X पर क्रमविनिमेय वलयों का समूह होता है। O_X जटिल मैनिफोल्ड, विश्लेषणात्मक समष्टि, या योजना (गणित) का संरचना शीफ ​​हो सकता है। M को O_X पर मॉड्यूल का समष्टिीय रूप से स्वतंत्र शीफ होता है। तब M का दोहरा उत्तम व्यवहार करता है और संकुचन संचालन इस संदर्भ में समझ में आता है।

यह भी देखें

• टेंसर उत्पाद
• आंशिक निशान
• आंतरिक उत्पाद
• सूचकांकों को ऊपर उठाना और घटाना
• संगीत समरूपता
• घुंघराले पथरी

संदर्भ

• Bishop, Richard L.; Goldberg, Samuel I. (1980). Tensor Analysis on Manifolds. New York: Dover. ISBN 0-486-64039-6.
• Menzel, Donald H. (1961). Mathematical Physics. New York: Dover. ISBN 0-486-60056-4.