доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Лекция 4

Векторы. Преобразование векторов. Матрица направляющих косинусов. Полярные и аксиальные векторы. Условие инвариантности физических законов по отношению к преобразованию координатных систем

Пример. Как мы видели, угол поворота тела вокруг какой-то оси можно, казалось бы, рассматривать как вектор в том смысле, что он имеет численное значение, равное углу поворота, и направление, совпадающее с направлением оси вращения, котоpое определяется по правилу буравчика. Однако два таких поворота не складываются по закону сложения векторов, если только углы поворота не являются бесконечно малыми.

В качестве примера рассмотрим два последовательных поворота на угол вокруг двух осей, пересекающихся под углом ( и ) (pис. 1).

Рис. 1. Произведение двух поворотов.

Как мы уже знаем, для задания вектора в трехмерном пространстве достаточно задать три числа — его проекции, например на оси декартовой системы координат:

Рис. 2. Старая и новая (повернутая) системы координат.

Вектор можно записать и в новой системе координат как

Оба выражения представляют собой один и тот же вектор, поэтому они равны:

и аналогично два других равенства.

характеризующие ориентацию новой системы координат относительно старой, называются направляющими косинусами. Используя их, получим

Если использовать правило суммирования Эйнштейна, то эти три равенства можно записать компактно в виде одного равенства

А поворот системы координат характеризуется матрицей направляющих косинусов (или просто матрицей поворота )

Выясним свойства элементов этой матрицы. Для этого выразим старые орты через новые:

Умножим это равенство скалярно на :

то есть сумма квадратов направляющих косинусов первой строки матрицы равна единице. Аналогичным образом записав

можно после скалярного умножения этого равенства на получить

и таким же образом —

то есть сумма квадратов элементов каждой строки матрицы равна единице. Точно так же можно доказать, что сумма квадратов элементов каждого столбца матрицы равна единице. Например,

Теперь возьмем равенство

Старые и новые проекции связаны соотношениями

Умножим их друг на друга и воспользуемся ортогональностью столбцов матрицы :

Рис. 3. Поворот системы координат на угол вокруг оси z.

До сих пор речь шла о поворотах систем координат. Однако, как известно, существует две системы координат, правая и левая. Очевидно, что при поворотах правая система координат всегда остается правой, а левая — левой. Но существуют такие преобразования координат, которые правую систему преобразуют в левую и наоборот. Например, это может быть инверсия одной из осей, (pис. 4).

Рис. 4. Пpеобpазование компонент вектоpа пpи инвеpсии одной из осей.

Очевидно, что при этом между проекциями одного и того же радиус-вектора в новой и старой координатных системах имеются следующие соотношения:

Рис. 5. Вектор угловой скорости.

Рис. 6. При таком зеркальном отражении направление вращения меняется на противоположное!

в то время как координата обычного радиус-вектора осталась бы прежней,

Это означает, что радиус-вектор точки и угловая скорость преобразуются по-разному, если поменять правую систему координат на левую.

Но если матрица переводит правую систему координат в левую (и наоборот), то законы преобразования этих векторов не совпадают:

Примерами полярных векторов в физике являются радиус-вектор, скорость, ускорение, сила:

При инверсии системы координат (то есть пpи изменении знака всех осей) правая система переходит в левую и полярные векторы меняют свой знак:

а аксиальные векторы при этом не изменяются (потому что их закон пpеобpазования отличается знаком минус):

В физике все физические законы должны выражаться в инвариантной форме, то есть не должны зависеть от выбора системы координат. Это, в частности, означает, что невозможно, напpимеp, равенство аксиального и полярного векторов, потому что оно будет выглядеть по-разному в левой и правой системах координат. Например, если некий закон в правой системе выглядит как

то в левой системе — как

Таким обpазом, физический закон выглядит по-разному в левой и правой системах координат, в природе же такого различия не существует. Левая система ничем не хуже правой. По той же причине нельзя складывать (вычитать) аксиальный и полярный векторы, так же как нельзя складывать величины разной размерности, например секунды и граммы.

Поэтому всегда при записи какого-либо векторного равенства необходимо проверять, не изменяется ли оно при переходе от правой системы координат к левой. Поскольку правая система координат переходит в левую при инверсии, а закон преобразования векторов при инверсии выглядит особенно просто,

то нужно к обеим частям равенства применить инверсию.

Например, исследуем таким образом равенство

то есть и правая часть нашего равенства изменила знак при инверсии, а следовательно, это тоже полярный вектор. Таким образом, после инверсии системы координат равенство осталось прежним,

и мы, следовательно, имеем равенство двух полярных векторов.

Из этого рассуждения можно легко прийти к выводу, что векторное произведение двух полярных векторов есть вектор аксиальный,

поскольку при инверсии левая часть знака не изменяет:

Векторное произведение двух аксиальных векторов также является аксиальным вектором.

А что будет, если скалярно перемножить между собой полярный и аксиальный векторы?

1 На самом деле правильно говорить не о сумме, а о произведении поворотов, так как матрицы направляющих косинусов двух последовательных поворотов перемножаются.

2 Индекс называется немым индексом. Его можно обозначать любой буквой.

Источник

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки

Задача из книги Сивухина

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Последний раз редактировалось fronnya 23.05.2014, 20:57, всего редактировалось 1 раз.

вы имеете ввиду доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярэто? и как его выразить? через что?

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Последний раз редактировалось arseniiv 23.05.2014, 20:58, всего редактировалось 1 раз.

Ну, вы же раскрыли скобки в доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри получили доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, т. е. есть равенство доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Надо только его преобразовать.

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Последний раз редактировалось arseniiv 23.05.2014, 21:12, всего редактировалось 2 раз(а).

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляртак что доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, только числитель другой.

Таким же образом можно почти любой квадратичной форме доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярсопоставить одну симметричную билинейную доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр: доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляртакую, что доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. (Только в векторных пространствах над полем характеристики 2 не получится, так что над вещественными и комплексными — порядок.) Квадрат нормы (длины вектора) — квадратичная форма, и скалярное произведение — соответствующая ей билинейная.

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Последний раз редактировалось arseniiv 23.05.2014, 21:16, всего редактировалось 1 раз.

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Последний раз редактировалось fronnya 23.05.2014, 22:09, всего редактировалось 7 раз(а).

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри так как все, что справа- инвариант, то из равенства частей следует, что и левая часть выражения- инвариантна. уряя

А если у нас есть два вектора: полярный и аксиальный доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярсоответственно, то их скалярное произведение будет псевдоскаляром. Сейчас я попытаюсь это доказать, проверьте пожалуйста, правильно ли я сейчас это докажу.

Запишем скалярное произведение этих двух векторов в, например, правой системе координат:доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр
Теперь запишем скалярное произведение этих же векторов, но в левой системе координат, так, как доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляру нас по условию полярный, то его компоненты, а тогда и сам конечный вектор доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярдолжен сменить знак: доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярИ раз уж вектор доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярпоменял свой знак, то он по определению будет полярным, а само скалярное произведение векторов доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— псевдоскаляр. Наверное стоило создать отдельную тему для этого.

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Последний раз редактировалось arseniiv 24.05.2014, 11:28, всего редактировалось 1 раз.

Какие могут быть ортонормированные базисы, пока не введено скалярное произведение?

Но, ладно, мы ввели его пока зависящим от одного базиса. Теперь если выразить его в координатах в другом базисе и потребовать ортонормированность того базиса, получится такое же выражение, как сейчас. Независимость от базиса готова. Ортогональные преобразования хорошо пойдут, если скалярное произведение введено своими аксиомами.

Конечно, ортонормированность базиса можно определить, имея в наличии одну только норму… но это как-то неудобно, всё равно произведение возникнет. Вот в задаче норма уже дана.

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Последний раз редактировалось fronnya 24.05.2014, 16:40, всего редактировалось 1 раз.

Какие могут быть ортонормированные базисы, пока не введено скалярное произведение?

Но, ладно, мы ввели его пока зависящим от одного базиса. Теперь если выразить его в координатах в другом базисе и потребовать ортонормированность того базиса, получится такое же выражение, как сейчас. Независимость от базиса готова. Ортогональные преобразования хорошо пойдут, если скалярное произведение введено своими аксиомами.

Конечно, ортонормированность базиса можно определить, имея в наличии одну только норму… но это как-то неудобно, всё равно произведение возникнет. Вот в задаче норма уже дана.

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей

Источник

Доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

[Tags|математика, физика]

Я прочитал замечательную книгу, называется «Геометрические векторы», которая хороший порядок в голове навела. Помимо прочего, разобрался с тем, что мне с юности мешало и не нравилось в векторном произведении.

Мне казались странными две вещи. Во-первых, что векторное произведение, в отличие от скалярного, «привязано» к трехмерному пространству, а в другом количестве измерений его непонятно, как определять. Во-вторых, что для его определения нужно правило правой руки (оно же «правило буравчика»): мне казалось очень странным, что этот произвольный выбор правила правой руки (а не левой, например) может быть «зашит» в законы физики.

Про первый вопрос, о сути векторного произведения не только в трехмерном пространстве, я напишу потом в записи о всей книге и ее подходе, если соберусь. А о правиле правой руки постараюсь вкратце рассказать тут.

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Но векторное произведение так не работает. Оно в зеркальном отражении меняется на обратное тому, каким, казалось бы, должно быть. И понятно, почему так происходит: из-за правила правой руки. Ведь в зеркальном отражении правая рука становится левой, а векторное произведение там, в отражении, все равно нужно по определению делать по правилу правой.

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Поток тока по замкнутому контуру создает магнитное поле, которое определяется с помощью векторного произведения. В зеркальном отражении нам хотелось бы, чтобы оно указывало в том же направлении, снизу вверх, но из-за правила правой руки оно теперь направлено сверху вниз.

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

У колес машины есть угловая скорость, которая определяется через векторное произведение. У машины слева оно направлено влево (красная стрелка). Справа зеркальное отражение той же машины. Мы бы ожидали, что в зеркальном направлении стрелка будет теперь идти вправо, но из-за правила правой руки она опять направлена влево.

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

В общем, векторное произведение ведет себя как обычный вектор, если мы всего лишь поворачиваем систему координат (т.е. смотрим под другим углом) или двигаем ее. Но если мы делаем отражение системы координат (т.е. смотрим на зеркальное отражение), то оно меняет знак в сравнении с обычными векторами, и поэтому называется псевдовектором. Это лишний раз подчеркивает странность произвольного выбора правила правой руки, и того, что физические величины, которые ведут себя в соответствии с законами природы, должны почему-то ему подчиняться.

Теперь другой взгляд на все это, из книги Вайнрайха «Геометрические векторы».

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Зачем нужны аксиальные векторы? Так вот векторное произведение как раз естественным образом и является аксиальным вектором. Мы умножаем два вектора a и b, получаем отрезок определенной величины, перпендикулярный их плоскости. Для того, чтобы дать ему «стрелку», нам нужно что-то вроде правила правой руки. Но чтобы дать ему аксиальное направление, ничего особенного не нужно: оно естественным образом задается как направление вращения от a к b. При этом, как и требуется, от перестановки мест множителей направление произведение меняется на обратное.

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Источник

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки

Правила форума

Скаляр, псевдоскаляр, вектор и псевдовектор.

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Последний раз редактировалось Solaris86 12.09.2017, 17:43, всего редактировалось 3 раз(а).

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Последний раз редактировалось Munin 17.11.2019, 20:48, всего редактировалось 3 раз(а).

Есть поле доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр(это доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярили доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярего элементы дальше называются скалярами) и векторное пространство над ним доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярЭто означает:
— что доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляробразуют группы по сложению;
— и что доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляробразует группу по умножению.

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Давайте нет. Обсуждать заточку мечей можно не в присутствии новичка, который пока простейших вещей не понимает.

Dan B-Yallay
К сожалению, у меня нет для вас ответа, вписывающегося в цензуру, принятую на этом форуме.

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Последний раз редактировалось Dan B-Yallay 12.09.2017, 20:59, всего редактировалось 3 раз(а).

Тогда наверное правильней не «группу», а группЫ. И не образуют, а являются.
Тем не менее, спасибо за перевод на нормальный русский язык.

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Это не объяснение, а «суперпопса». Понятие «поле» вовсе не исчерпывается «группами по сложению и умножению». Предлагаю ТС не считать, что с помощью таких «разъяснений» он может понять, что такое поле и векторное пространство, а обратиться к учебникам по алгебре, где все это корректно объяснено.

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Последний раз редактировалось kp9r4d 13.09.2017, 18:13, всего редактировалось 1 раз.

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Последний раз редактировалось Slav-27 17.11.2019, 17:33, всего редактировалось 4 раз(а).

Когда я увидел эту тему и стал писать ответ, я решил сначала изложить некоторую теорию, которую традиционно многие не понимают. Чем дальше я писал, тем больше хотелось написать, и в конце концов получился длинноватый текст. Предлагаю, тем не менее, попробовать его прочитать.

Что такое векторы, псевдовекторы и т. д.

1.1. Что это за текст

Судя по тому, как подробно вы выписывали все эти произведения, вас довольно сильно это интересует. Поэтому я написал довольно длинный текст, который, как мне кажется, содержит некоторую полезную информацию, касающуюся вашего вопроса, и в то же время интересен сам по себе.

1.2. Основное пространство

Мы будем рассматривать доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр-мерное евклидово прстранство доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Это доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр-мерное вещественное векторное пространство с заданным на нём скалярным произведением. (Я подразумеваю, что вы это знаете, у вас линал же был?)

Группа линейных преобразований доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, сохраняющих длины векторов, называется ортогональной и обозначается доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Её подгруппа, состоящая из преобразований, которые сохраняют ещё и ориентацию (то есть туда входят только вращения, но не отражения), обозначается доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Все числа у нас вещественные.

1.3. О двусмысленности слова «вектор»

Слово вектор используют как минимум в 2 разных смыслах.

Во-первых, вектором называют просто любой элемент любого векторного пространства.

1.4. Забегаем вперёд

Определение. Вектор в точке доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярпространства доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярзадаётся так: каждой системе координат (т. е. каждому ортонормированному базису) доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярпространства доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярставится в соответствие тройка вещественых чисел доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, причём эти столбцы для разных систем координат связаны следующим образом: пусть доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— столбец для доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— столбец для доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— (ортогональная) матрица перехода от доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярк доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр; тогда доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Определение псевдовектора точно такое же, за исключением того что закон преобразования доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Определение скаляра : каждому базису доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярставится в соответствие число доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, причём для всех базисов число одно и то же.

Определение псевдоскаляра : каждому базису доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярставится в соответствие число доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, причём если базисы доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляродинаковой ориентации, то число одно и то же, а если разной, то числа отличаются знаком: доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Все эти штуки считаются прикреплёнными к какой-нибудь точке доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярпространства доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, хотя в самом определении она не участвует.

    Вся остальная часть текста представляет собой подробное пояснение этих четырёх определений. Больше там ничего принципиально нового по сути нет.

Здесь выписаны некоторые общепринятые соглашения; возможно, вы уже их знаете.

2.1. Обозначения компонент векторов, операторов.

Пусть задан базис доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Любой вектор по нему раскладывается: доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Это записывают ещё короче, пропуская знак суммы: доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Пусть доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярвектор, а доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярлинейный оператор. У него есть матрица доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярв базисе доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр; её элемент в доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр-й строке и доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр-м столбце обозначают доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Пусть доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр; тогда в компонентах это запишется доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

2.2. Как обозначают компоненты, если используется 2 разных базиса

Часто приходится рассматривать 2 базиса доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Тут примем такое соглашение: векторы базиса доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляробозначаются доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри вообще доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр(индекс доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярпробегает значения доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр), а векторы базиса доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляробозначаются доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри вообще доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр( доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляропять пробегает значения доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр).

Вообще условимся обозначать то, что относится к базису доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, индексами без штрихов, а то, что относится к доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— индексами со штрихами. В любой паре связанных индексов у нас будут либо оба со штрихами, либо оба без штрихов. Разложения вектора доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярпри таком соглашении записываются доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Пусть доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— линейное преобразование, переводящее базис доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярв доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр(то есть вектор доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярв доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр). Компоненты матрицы доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярзаписывают доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, так что доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Пусть вектор доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр; посмотрим, как выразить одни компоненты через другие, зная компоненты доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Выписываем: доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. То есть доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Примечание. Используют ещё другую систему обозначений: пишут штрихи не у индексов, а у самого символа, так что разложение вектора по двум разным базисам записывается доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, и т. д.

Преимущество такого способа заключается в том, что для многоиндексных символов получается меньше штрихов. Недостаток же в том, что в этой нотации проще написать неправильное выражение, которое выглядит как правильное (то есть написать бессмысленную свёртку по индексам, относящимся к разным базисам).

2.3. Два вспомогательных символа

Символ Кронекера доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— это просто единичная матрица (доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, остальные ноль).

Символ Ле&#769ви-Чиви&#769ты доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярменяет знак при обмене любых 2 индексов местами, причём доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Он однозначно определяется этими условиями: доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр; если хотя бы 2 индекса одинаковые, то он равен 0, и т. д.

Условимся, что индексы у этих символов можно писать хоть вверху, хоть внизу: доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри т. д.

С помощью символа Леви-Чивиты удобно записывать векторное произведение: доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, так что доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

3. Наводящие соображения. Система координат как «точка зрения»

3.1. Объект, прицепленный к точке основного пространства

Предположим, мы хотим задать в некоторой точке доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярпространства доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляркакой-то объект. Каким образом можно это сделать?

3.2. Пример: скорость

Но заковыка вот в чём. Сама частица никак не зависит от системы координат, то есть от той точки зрения, с которой мы на неё смотрим. Она вообще, может быть, не знает, что мы на неё смотрим и ввели какие-то координаты. Поэтому хочется думать, что и её скорость от координат не зависит.

3.3. Вид объекта с разных «точек зрения»

Пусть мы хотим в точке доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярпространства доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярзадать некий объект доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Мы будем выбирать системы координат и смотреть на объект из них. Видеть его из системы координат доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярмы будем как элемент доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярнекоторого множества доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. В случае скорости, доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— это векторное пространство доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Мы хотим, чтобы описание нашего объекта доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярв выбранной системе координат однозначно определяло объект. Это значит, что если задано описание доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, то описание доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярдолжно быть какой-то определённой функцией от него: доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. (Вид функции доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярзависит от того, какие базисы доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярвыбраны.)

В таких случаях говорят, что группа ортогональных преобразований действует на множестве доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.
4. Представления

Преобразование доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, соответствующее элементу доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, называют представителем элемента доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

4.1. Продолжение примера про скорость

Посмотрим, по какому представлению ортогональной группы преобразуется столбец доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, которым мы хотим описывать скорость.

Но сначала подумаем: а какие вообще могут быть доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр-мерные линейные представления доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр?

У нас была функция доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. В базисе доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярэто выглядит доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, и компоненты скорости, по нашему определению, доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Пусть есть другой базис доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, тогда доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, и по нашему определению доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Итак, скорость, торчащая из точки доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярпространства доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, преобразуется при ортогональных преобразованиях пространства доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярпо тому же представлению ортогональной группы, по которому преобразуются сами «точки» простанства доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. С одной стороны, это очевидно. С другой стороны, это нетривиальный факт, потому что подчёркиваю ещё раз: скорость, торчащая из доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— это не элемент доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр!

4.2. Сумма представлений

Пусть доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр-компонентный столбец доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярпреобразуется по представлению доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, а доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр-компонентный столбец доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— по представлению доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр; можно составить из них один доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр-компонентный столбец доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярс компонентами доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр; представление, по которому он преобразуется, называется прямой суммой доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Тут как будто нет ничего интересного: задать объект доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— это всё равно, что задать пару объектов доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

4.3. Произведение представлений

Можно также из доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярсоставить доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр-компонентный объект доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр( тензорное произведение доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр). Представление, по которому он преобразуется, называется тензорным произведением представлений доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Например, если доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— векторы (как вектор скорости из нашего примера), то их произведение доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярпреобразуется по закону доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Так же определяется тензорное произведение более чем 2 объектов, в результате получаются объекты с 3 индексами, с 4 и т. д. Разумеется, количество индексов не имеет особенного значения: в конце концов можно вместо 2 индексов доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярввести один индекс, изменяющийся от доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярдо доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Но если объект преобразуется по тензорному произведению каких-то представлений, то гораздо удобнее оставить несколько индексов.

5. Представления доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Какие вообще бывают представления доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр? Теория представлений даёт ответ на этот вопрос:

Теорема. В каждой нечётной размерности у доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляресть ровно одно (с точностью до эквивалентности) неприводимое представление. В чётных размерностях неприводимых представлений нет.

Неприводимое представление доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярможно обозначать числом, соответствующим размерности: доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри так далее.

5.1. Добавление: разложение представления доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярна неприводимые

Представление доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляримеет, очевидно, размерность доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Но оно приводимо, как мы сейчас увидим, так что это не доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Пусть доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— тензор, преобразующийся по представлению доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Любую матрицу доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярможно разложить на симметричную и антисимметричную часть: доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. (То есть доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, а доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.) Симметричную часть можно ещё разложить на скалярную и бесследовую: доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр(след матрицы есть доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— сумма диагональных элементов).

1. Скалярная часть. У скалярной матрицы только 1 независимый элемент, поэтому соответствующее прямое слагаемое есть доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Очевидно, что эта часть действительно преобразуется тривиально (след не меняется при изменении базиса).

2. Антисимметричная часть. У антисимметричной матрицы доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярвсего доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярнезависимые компоненты (те, что над главной диагональю). Значит, соответствующее представление либо доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, либо доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Но оно явно нетривиально, поэтому доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр(с точностью до эквивалентности!).

Раз представление эквивалентно доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, то, по определению, его можно превратить в доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярвыбором базиса в 3-мерном векторном пространстве антисимметричных матриц. Скажем это же по-другому: можно установить линейное взаимно-однозначное соответствие между антисимметричными доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярматрицами и доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр-компонентными столбцами таким образом, что соответствующий матрице доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярстолбец доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярбудет преобразовываться в точности как вектор. Проверьте, что такое соответствие устанавливается формулой доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

3. Симметричная бесследовая часть. У симметричной матрицы 6 независимых компонент, поэтому у симметричной бесследовой 5. Можно доказать, что соответствующее представление неприводимо (но мы не будем).

Итак, доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

6. Представления доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Мы пока говорили о представлениях доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр; эта группа включает только повороты, но не отражения. А какие бывают неприводимые представления доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр?

Так как доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, то каждое представление доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— это расширение какого-то представления доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Обозначим отражение относительно всех координатных осей буквой доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр(оно переводит доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярв доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр). Любое несобственное ортогональное преобразование (в нечётной размерности!) представляется в виде композиции доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри какого-то собственного преобразования. Поэтому достаточно знать представление доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярда ещё представитель оператора доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— и будет определено всё представление доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Заметим, что доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— тождественное преобразование.

6.1. Размерность 1: скаляры и псевдоскаляры

У доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, как мы знаем, есть единственное 1-мерное представление доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— тривиальное : каждое вращение представляется доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярматрицей доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Так как доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, то его представителем может быть только доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярили доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

Упражнение: проверьте, что смешанное произведение векторов доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— псевдоскаляр.

Ещё мы будем иногда пропускать плюсы, то есть писать доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярвместо доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.)

6.2. Размерность 3: векторы и псевдовекторы

Там всё аналогично: можно убедиться, что доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярможно представлять только либо минус единичной, либо плюс единичной матрицей.

Упражнение: проверьте, что векторное произведение векторов доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр— псевдовектор.

6.3. Неприводимые представления размерности выше 3

Они нас не интересуют. Впрочем, там всё так же:

Теорема. Каждому неприводимому представлению доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляргруппы доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр( доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскалярнечётное, конечно же) соответствуют ровно 2 представления доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр(обозначаем их доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр). Других конечномерных неприводимых представлений нет.

6.4. Тензоры и псевдотензоры

Рассмотрим произведения векторных и псевдовекторных представлений. Непосредственно из формул преобразования очевидно, что доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, а доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри т. д., поэтому тензорные произведения можно обозначать просто доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр, доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляри т. д., вынося знак вперёд.

7. Что бывает, когда размерность основного пространства не 3

Мы везде считали, что основное пространство доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр3-мерно, и поэтому изучали представления группы доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр.

В случае доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр-мерного пространства нам пришлось бы изучать представления группы доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр. Они, вообще говоря, устроены по-другому.

Лично я ни разу до этой темы его не видел, так что подозреваю, что оно мало зачем нужно. Тем не менее конструкция естественная. Но она определена только в плоскости! В 3-мерном пространстве непонятно, в какую сторону мерить угол (даже если сказано, какая 3-мерная система координат правая).

Тут надо разделять 2 вещи: 1) какой базис считают правым, 2) как рисуют картинки.

Рисуют же 3-мерную систему координат обычно таким образом, чтобы точки, у которых все координаты положительны, не были закрыты от зрителя другими октантами.

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Последний раз редактировалось Dan B-Yallay 18.09.2017, 19:28, всего редактировалось 1 раз.

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Во-вторых, есть более тонкое понятие, которое тоже называют вектор. В этом смысле говорят, например, что «псевдовектор не является вектором», или «тензор 2-го ранга не является вектором».

Я не знаю, как избежать путаницы со словом вектор. Там, где совершенно необходимо будет указать на второй смысл слова, я буду писать дурацкую фразу «вектор в тонком смысле».

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Заслуженный участник
доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

kp9r4d
Зато хорошо вяжется со спинорами. Они получаются совершенно так же, надо только вместо линейных представлений брать проективные (причём известно, что они в некотором хорошем смысле сводятся к линейным, для них в нужных случаях есть классификация и т. д.). Я думаю, это одна из причин, по которой во многих книжках по физике используют что-то похожее именно на этот подход. Да и вообще представления много для чего полезны, симметрии тензора кривизны изучать, например.

То есть я не говорю, что надо срочно всех переучивать, наоборот, но в курсе вот про это быть, по-моему, полезно.

доказать что скалярное произведение полярного вектора на аксиальный есть псевдоскаляр

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей

Источник


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *