テンソルの正体 その2( 曲線座標系編 )
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2011.01.05

               目    次

   (1) 2つの曲線座標系を結ぶ基底変換テンソルと座標変換テンソル
   (2) 2つの曲線座標系での量場的ベクトルの座標変換
   (3) 2つの曲線座標系での量場的テンソルの座標変換
   (4) 曲線座標系での計量テンソル



(1) 2つの曲線座標系を結ぶ基底変換テンソルと座標変換テンソル

   直交直線座標系  

   曲線座標系 ( 局所的斜交直線座標系 ) その1  

   曲線座標系 ( 局所的斜交直線座標系 ) その2  


 直交直線座標系 から 曲線座標系 ( 局所斜交直線座標系 ) への基底の変換
                                     ( その1 ) :

つまり、

    これは、 次のように1行で書くことができます。

      


 直交直線座標系 から 曲線座標系 ( 局所斜交直線座標系 ) への基底の変換
                                     ( その2 ) :

 

つまり、

 

ここで、 次の3つの式たちが成り立ちます。

 

この3つの式の辺々を加えると、

 

したがって、 

また、

 

この3つの式の辺々を加えると、

 

したがって、 

同様にして、 結局、 次の3つの式を得ることができます。

 

これらをまとめて、 次のようにベクトリオで表すことができます。

 

これは、 次のように1行で書くことができます。

   

この式は、 2つの曲線座標系での基底の変換式になっています。
この式を ( 式 ) とします。
基底変換テンソル の表現行列は、 ヤコブ行列 になっています。

( 式 ) は、 次のように変形することができます。

よって、

この式を ( 式 ) とします。

ところで、 次の3つの式たちが成り立ちます。

この3つの式の辺々を加えると、

したがって、 


同様にして、 結局、 次の3つの式を導くことができます。

これらをまとめて、 次のようにベクトリオで表すことができます。

この式は、 基底の変換式になっています。

  この式は、 次のように変形することができ、 これを ( 式 ) とします

ここで、 ( 式 ) と ( 式 ) を比べてみます。

すると次の式が成り立っていることがわかります。

さて、 座標変換テンソル と 基底変換テンソル とは、 次のような関係があります。

したがって、 座標変換テンソルの表現行列 は次のようになります。

双対空間どうしの場合は、 計量テンソル の表現行列は次のようになります。




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