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微分形式

指数 微分形式

微分形式是多变量微积分,微分拓扑和张量分析领域的一个数学概念。现代意义上的微分形式,及其以楔积(wedge product)和外微分结构形成外代数的想法,都是由法国数学家埃里·嘉当引入的。.

22 关系: 埃利·嘉当反交換律同调向量空间多元微积分外代数外微分对偶空间張量余切丛微分微分几何微分拓扑德拉姆上同调切空间全序关系光滑函数黎曼积分雅可比矩阵李导数流形斯托克斯定理

埃利·嘉当

埃利·约瑟夫·嘉当(Élie Joseph Cartan,1869年4月9日─1951年5月6日),法国数学家,嘉當又譯卡當、卡坦。他在李群理论及其幾何应用方面奠定基础。他也对数学物理,微分几何、群论做出了重大贡献。.

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反交換律

令 S 是一个加法群, “*” 是定义在 S 上的二元运算。 如果“*”满足以下条件: 对于任意的 s_1, s_2\in S,有s_1*s_2.

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同调

数学上(特别是代数拓扑和抽象代数),同调 (homology,在希腊语中homos.

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向量空间

向量空間是现代数学中的一个基本概念。是線性代數研究的基本对象。 向量空间的一个直观模型是向量几何,幾何上的向量及相关的運算即向量加法,標量乘法,以及对運算的一些限制如封闭性,结合律,已大致地描述了“向量空間”这个數學概念的直观形象。 在现代数学中,“向量”的概念不仅限于此,满足下列公理的任何数学对象都可被当作向量处理。譬如,實系數多項式的集合在定义适当的运算后构成向量空間,在代数上处理是方便的。单变元实函数的集合在定义适当的运算后,也构成向量空间,研究此类函数向量空间的数学分支称为泛函分析。.

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多元微积分

在微积分学中,多元微积分(也称为多变量微积分,Multivariable calculus,multivariate calculus)是涉及多元函數的微積分學的統稱。相较于只有单个变量的一元微积分,多元微积分在函数的求导和积分等运算中含有至少两个变量。例如微分多元函數時,就引申出偏微分、全微分,對多元函數進行積分計算時,又會涉及多重積分。.

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外代数

外代数(Exterior algebra)也稱為格拉斯曼代数(Grassmann algebra),以紀念赫爾曼·格拉斯曼。 数学上,给定向量空间V的外代數,是特定有单位的结合代数,其包含了V为其中一个子空间。它记为 Λ(V) 或 Λ•(V)而它的乘法,称为楔积或外积,记为∧。楔积是结合的和双线性的;其基本性質是它在V上交錯的,也就是: 这表示 注意这三个性质只对 V 中向量成立,不是对代数Λ(V)中所有向量成立。 外代数事实上是“最一般的”满足这些属性的代数。这意味着所有在外代数中成立的方程只从上述属性就可以得出。Λ(V)的这个一般性形式上可以用一个特定的泛性质表示,请参看下文。 形式为v1∧v2∧…∧vk的元素,其中v1,…,vk在V中,称为k-向量。所有k-向量生成的Λ(V)的子空间称为V的k-阶外幂,记为Λk(V)。外代数可以写作每个k阶幂的直和: 该外积有一个重要性质,就是k-向量和l-向量的积是一个k+l-向量。这样外代数成为一个分次代数,其中分级由k给出。这些k-向量有几何上的解释:2-向量u∧v代表以u和v为边的带方向的平行四边形,而3-向量u∧v∧w代表带方向的平行六面体,其边为u, v, 和w。 外幂的主要应用在于微分几何,其中他们用来定义微分形式。因而,微分形式有一个自然的楔积。所有这些概念由格拉斯曼提出。.

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外微分

数学上,微分拓扑的外微分算子,把一个函数的微分的概念推广到更高阶的微分形式的微分。它在流形上的积分理论中极为重要,并且是德拉姆和Alexander-Spanier上同调中所使用的微分算子。其现代形式是由嘉当发明的。.

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对偶空间

在數學裡,任何向量空間V都有其對應的對偶向量空間(或簡稱為對偶空間),由V的線性泛函組成。此對偶空間俱有一般向量空間的結構,像是向量加法及純量乘法。由此定義的對偶空間也可稱之為代數對偶空間。在拓撲向量空間的情況下,由連續的線性泛函組成的對偶空間則稱之為連續對偶空間。 对偶空間是 行向量(1×n)與列向量(n×1)的關係的抽象化。這個結構能夠在無限維度空間進行並為测度,分佈及希爾伯特空間提供重要的觀點。对偶空間的應用是泛函分析理論的特徵。傅立叶變換亦內蘊对偶空間的概念。.

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張量

張量(tensor)是一个可用來表示在一些向量、純量和其他張量之間的線性關係的多线性函数,這些線性關係的基本例子有內積、外積、線性映射以及笛卡儿积。其坐标在 n  維空間內,有  n^r個分量的一種量,其中每個分量都是坐標的函數,而在坐標變換時,這些分量也依照某些規則作線性變換。r稱為該張量的秩或階(与矩阵的秩和阶均无关系)。 在同构的意义下,第零階張量(r.

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余切丛

微分几何中,流形的余切丛是流形每点的余切空间组成的向量丛。余切空间有一个标准的辛形式,从中可以一个余切丛的非退化的体积形式。因此,本身作为一个流形的余切丛总是可定向的。可以在余切丛上定义一组特殊的坐标系;这些被称为正则坐标。因为余切丛可以视为辛流形,任何余切丛上的实函数总是可以解释为一个哈密顿函数;这样余切丛可以理解为哈密顿力学讨论的相空间。.

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微分

在数学中,微分是对函数的局部变化率的一种线性描述。微分可以近似地描述当函数自变量的取值作足够小的改变时,函数的值是怎样改变的。当某些函数\textstyle f的自变量\textstyle x有一个微小的改变\textstyle h时,函数的变化可以分解为两个部分。一个部分是线性部分:在一维情况下,它正比于自变量的变化量\textstyle h,可以表示成\textstyle h和一个与\textstyle h无关,只与函数\textstyle f及\textstyle x有关的量的乘积;在更广泛的情况下,它是一个线性映射作用在\textstyle h上的值。另一部分是比\textstyle h更高阶的无穷小,也就是说除以\textstyle h后仍然会趋于零。当改变量\textstyle h很小时,第二部分可以忽略不计,函数的变化量约等于第一部分,也就是函数在\textstyle x处的微分,记作\displaystyle f'(x)h或\displaystyle \textrmf_x(h)。如果一个函数在某处具有以上的性质,就称此函数在该点可微。 不是所有的函数的变化量都可以分为以上提到的两个部分。若函数在某一点无法做到可微,便称函数在该点不可微。 在古典的微积分学中,微分被定义为变化量的线性部分,在现代的定义中,微分被定义为将自变量的改变量\textstyle h映射到变化量的线性部分的线性映射\displaystyle \textrmf_x。这个映射也被称为切映射。.

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微分几何

微分幾何研究微分流形的幾何性質,是現代數學中一主流;是廣義相對論的基礎,與拓撲學、代數幾何及理論物理關係密切。 古典微分几何起源于微积分,主要内容为曲线论和曲面论。歐拉、蒙日和高斯被公认为古典微分几何的奠基人。近代微分几何的创始人是黎曼,他在1854年创立了黎曼几何(实际上黎曼提出的是芬斯勒几何),这成为近代微分几何的主要内容,并在相对论有极为重要的作用。埃利·嘉当和陈省身等人曾在微分几何领域做出极为杰出的贡献。.

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微分拓扑

微分拓撲是一個处理在微分流形上的可微函数的数学领域。很自然地,它是在研究微分方程理論的过程中被提出來的。微分幾何是用微積分來研究幾何的学问。这些领域非常接近,在物理学,特别在相对论方面有许多的应用。它们合在一起还建立了可从动力系统观点直接研究的、可微流形的几何理论。 * W category:微积分.

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德拉姆上同调

数学上,德拉姆上同调(de Rham cohomology)是同时属于代数拓扑和微分拓扑的工具。它能够以一种特别适合计算和用具体的上同调类的方式表达关于光滑流形的基本拓扑信息。它是基于有特定属性的微分形式的存在性的上同调理论。它以不同的确定的意义对偶于奇异同调,以及亚历山大-斯潘尼尔上同调。.

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切空间

切空间(Tangent space)是在某一点所有的切向量组成的线性空间。向量(切向量)存在多种定义。直观的讲,如果所研究的流形(Manifold)是一个三维空间中的曲面,则在每一点的切向量,就是和该曲面相切的向量,切空间就是和该曲面相切的平面。.

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全序关系

全序关系即集合X上的反对称的、传递的和完全的二元关系(一般称其为\leq)。 若X满足全序关系,则下列陈述对于X中的所有a,b和c成立:.

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光滑函数

光滑函数(smooth function)在数学中特指无穷可导的函数,也就是说,存在所有有限阶导数。若一函数是连续的,则称其为C^0函数;若函数存在导函数,且其導函數連續,則稱為连续可导,記为C^1函数;若一函数n阶可导,并且其n阶导函数连续,则为C^n函数(n\geq 1)。而光滑函数是对所有n都属于C^n函数,特称其为C^\infty函数。 例如,指数函数显然是光滑的,因为指数函数的导数是指数函数本身。.

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黎曼积分

在实分析中,由黎曼创立的黎曼积分(Riemann integral)首次对函数在给定区间上的积分给出了一个精确定义。黎曼积分在技术上的某些不足之处可由后来的黎曼-斯蒂尔杰斯积分和勒贝格积分得到修补。.

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雅可比矩阵

在向量分析中,雅可比矩阵是函數的一阶偏导数以一定方式排列成的矩阵,其行列式称为雅可比行列式。 在代数几何中,代数曲线的雅可比行列式表示雅可比簇:伴随该曲线的一个代數群,曲线可以嵌入其中。 它们全部都以数学家卡爾·雅可比命名。.

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李导数

在微分幾何中,李导数(Lie derivative)是一個以索甫斯·李命名的算子,作用在流形上的張量場,向量場或函数,將該張量沿著某個向量場的流做方向導數。因為該作用在座標變換下保持不變,因此,該李導數在一般的流形上都是定義良好的。 所有李导数组成的向量空间对应于如下的李括号构成一个无限维李代数。 李导数用向量场表示,这些向量场可看作M上的流(flow, 也就是时变微分同胚)的无穷小生成元。从另一角度看,M上的微分同胚组成的群,有其对应的李导数的李代数结构,在某种意义上和李群理论直接相关。.

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流形

流形(Manifolds),是局部具有欧几里得空间性质的空间,是欧几里得空间中的曲线、曲面等概念的推广。欧几里得空间就是最简单的流形的实例。地球表面这样的球面则是一个稍微复杂的例子。一般的流形可以通过把许多平直的片折弯并粘连而成。 流形在数学中用于描述几何形体,它们为研究形体的可微性提供了一个自然的平台。物理上,经典力学的相空间和构造广义相对论的时空模型的四维伪黎曼流形都是流形的实例。位形空间中也可以定义流形。环面就是双摆的位形空间。 一般可以把几何形体的拓扑结构看作是完全“柔软”的,因为所有变形(同胚)会保持拓扑结构不变;而把解析几何结构看作是“硬”的,因为整体的结构都是固定的。例如一个多项式,如果你知道 (0,1) 区间的取值,则整个实数范围的值都是固定的,所以局部的变动会导致全局的变化。光滑流形可以看作是介于两者之间的模型:其无穷小的结构是“硬”的,而整体结构则是“柔软”的。这也许是中文译名“流形”的原因(整体的形态可以流动)。该译名由著名数学家和数学教育学家江泽涵引入。这样,流形的硬度使它能够容纳微分结构,而它的软度使得它可以作为很多需要独立的局部扰动的数学和物理的模型。.

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斯托克斯定理

斯托克斯定理(英文:Stokes' theorem)是微分几何中关于微分形式的积分的定理,因為維數跟空間的不同而有不同的表現形式,它的一般形式包含了向量分析的几个定理,以斯托克斯爵士命名。.

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