曲率テンソル (1回目)

2023/8/1(火)
曲率テンソル (1回目)
 
(Curvature tensor)
 
リーマン・クリストッフェル曲率テンソル
(Riemann-Christoffel curvature tensor) 
または
曲率テンソルRnm,ik 
などを求める
 
■ 定義
▼ クリストッフェル記号Γγαβ 
 
https://ulprojectmail.blogspot.com/2023/07/christoffel-1.html
クリストッフェル記号 (1回目)
より
 
Γγαβeγ = (∂/∂xβ)eα = ∇βeα =
Γγβαeγ 
 
▼ 曲率テンソル
基底ベクトルの2階共変微分の
1回目と2回目の微分の順番を入れ替えたときの
差の係数をリーマン曲率テンソルとする
Rnm,αβen = ∇α(∇βem) - ∇β(∇αem)
= -{∇β(∇αem) - ∇α(∇βem)}
= -Rnm,βαen 
 
 
■ 導出
▼ 曲率テンソル
∇βem = (∂/∂xβ)em = Γnmβen 
 
∇α(∇βem) = (∂/∂xα)(Γnmβen)
= {(∂/∂xα)Γnmβ}en +Γnmβ(∂/∂xα)en 
= {(∂/∂xα)Γnmβ}en +Γkmβ(∂/∂xα)ek 
= {(∂/∂xα)Γnmβ}en +ΓkmβΓnkαen 
= {(∂/∂xα)Γnmβ +ΓnkαΓkmβ}en 
 
∇β(∇αem)
= {(∂/∂xβ)Γnmα +ΓnkβΓkmα}en 
 
Rnm,αβen = ∇α(∇βem) - ∇β(∇αem)
= {(∂/∂xα)Γnmβ +ΓnkαΓkmβ}en 
- {(∂/∂xβ)Γnmα +ΓnkβΓkmα}en 
= {(∂/∂xα)Γnmβ - (∂/∂xβ)Γnmα 
+ ΓnkαΓkmβ  - ΓnkβΓkmα}en 
= {(∂/∂xα)Γnβm - (∂/∂xβ)Γnαm 
+ ΓnαkΓkβm  - ΓnβkΓkαm}en 
 
Rnm,αβ 
= (∂/∂xα)Γnβm - (∂/∂xβ)Γnαm 
+ ΓnαkΓkβm  - ΓnβkΓkαm 
 
 
■ 結果
▼ 曲率テンソル
基底ベクトルの2階共変微分の
1回目と2回目の微分の順番を入れ替えたときの
差の係数をリーマン曲率テンソルとする
Rnm,αβen = ∇α(∇βem) - ∇β(∇αem) = -Rnm,βα 
 
Rnm,αβ 
= (∂/∂xα)Γnβm - (∂/∂xβ)Γnαm 
+ ΓnαkΓkβm  - ΓnβkΓkαm 
 
▼ リッチテンソル
曲率テンソルを縮約したもの
Rmβ = Rαm,αβ 
 
▼ スカラー曲率
gαβ = diag(1, 1/r2, 1/(r2sin2θ))
  |1 0    0           |
= |0 1/r2 0           |
  |1 0    1/(r2sin2θ)|
導出は
https://ulprojectmail.blogspot.com/2023/07/polar-4.html
極座標 (4回目)
 
R = gmβRmβ 


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