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).
Задача из книги Сивухина
| Заслуженный участник |
| Заслуженный участник |
Последний раз редактировалось fronnya 23.05.2014, 20:57, всего редактировалось 1 раз.
вы имеете ввиду 
| Заслуженный участник |
Последний раз редактировалось arseniiv 23.05.2014, 20:58, всего редактировалось 1 раз.
Ну, вы же раскрыли скобки в 


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


Таким же образом можно почти любой квадратичной форме 



| Заслуженный участник |
Последний раз редактировалось arseniiv 23.05.2014, 21:16, всего редактировалось 1 раз.
Последний раз редактировалось fronnya 23.05.2014, 22:09, всего редактировалось 7 раз(а).

А если у нас есть два вектора: полярный и аксиальный 

Запишем скалярное произведение этих двух векторов в, например, правой системе координат:
Теперь запишем скалярное произведение этих же векторов, но в левой системе координат, так, как 





| Заслуженный участник |
| Заслуженный участник |
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.
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.

Кто сейчас на конференции
Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей
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.
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.
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.
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.
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».
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.
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.
Последний раз редактировалось Solaris86 12.09.2017, 17:43, всего редактировалось 3 раз(а).
| Заслуженный участник |
Последний раз редактировалось Munin 17.11.2019, 20:48, всего редактировалось 3 раз(а).
Есть поле 



— что 

— и что 
| Заслуженный участник |
| Заслуженный участник |
| Заслуженный участник |
| Заслуженный участник |
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 |
| Заслуженный участник |
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 |
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 |
Последний раз редактировалось kp9r4d 13.09.2017, 18:13, всего редактировалось 1 раз.
| Заслуженный участник |
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 


Группа линейных преобразований 


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 












Определение псевдовектора точно такое же, за исключением того что закон преобразования 
Определение скаляра : каждому базису 

Определение псевдоскаляра : каждому базису 




Все эти штуки считаются прикреплёнными к какой-нибудь точке 

- 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 


Пусть 








2.2. Как обозначают компоненты, если используется 2 разных базиса
Часто приходится рассматривать 2 базиса 

Тут примем такое соглашение: векторы базиса 









Вообще условимся обозначать то, что относится к базису 



Пусть 







Пусть вектор 



Примечание. Используют ещё другую систему обозначений: пишут штрихи не у индексов, а у самого символа, так что разложение вектора по двум разным базисам записывается 
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 

Символ Ле́ви-Чиви́ты 


Условимся, что индексы у этих символов можно писать хоть вверху, хоть внизу: 

С помощью символа Леви-Чивиты удобно записывать векторное произведение: 

3. Наводящие соображения. Система координат как «точка зрения»
3.1. Объект, прицепленный к точке основного пространства
Предположим, мы хотим задать в некоторой точке 

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 


Мы будем выбирать системы координат и смотреть на объект из них. Видеть его из системы координат 




Мы хотим, чтобы описание нашего объекта 






В таких случаях говорят, что группа ортогональных преобразований действует на множестве 
4. Представления
Преобразование 


4.1. Продолжение примера про скорость
Посмотрим, по какому представлению ортогональной группы преобразуется столбец 
Но сначала подумаем: а какие вообще могут быть 

У нас была функция 






Итак, скорость, торчащая из точки 





4.2. Сумма представлений
Пусть 









Тут как будто нет ничего интересного: задать объект 


4.3. Произведение представлений
Можно также из 






Например, если 



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 



5. Представления
Какие вообще бывают представления 
Теорема. В каждой нечётной размерности у 
Неприводимое представление 

5.1. Добавление: разложение представления 
Представление 


Пусть 







1. Скалярная часть. У скалярной матрицы только 1 независимый элемент, поэтому соответствующее прямое слагаемое есть 
2. Антисимметричная часть. У антисимметричной матрицы 




Раз представление эквивалентно 






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, 
6. Представления
Мы пока говорили о представлениях 

Так как 


Обозначим отражение относительно всех координатных осей буквой 






Заметим, что 
6.1. Размерность 1: скаляры и псевдоскаляры
У 






Упражнение: проверьте, что смешанное произведение векторов 
Ещё мы будем иногда пропускать плюсы, то есть писать 

6.2. Размерность 3: векторы и псевдовекторы
Там всё аналогично: можно убедиться, что 
Упражнение: проверьте, что векторное произведение векторов 
6.3. Неприводимые представления размерности выше 3
Они нас не интересуют. Впрочем, там всё так же:
Теорема. Каждому неприводимому представлению 





6.4. Тензоры и псевдотензоры
Рассмотрим произведения векторных и псевдовекторных представлений. Непосредственно из формул преобразования очевидно, что 



7. Что бывает, когда размерность основного пространства не 3
Мы везде считали, что основное пространство 

В случае 

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

Кто сейчас на конференции
Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей










