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前推 (微分)

指数 前推 (微分)

假设 φ: M → N 是光滑流形之间的光滑映射;则 φ 在一点 x 处的微分在某种意义上是 φ 在 x 附近的最佳线性逼近。这可以视为通常微积分中全导数的推广。确切地说,它是从 M 在 x 处的切空间到 N 在 φ(x) 处的切空间的一个线性映射,从而可以将 M 的切向量“前推”成 N 的切向量。 映射 φ 的微分也被一些的作者称为 φ 的导数或全导数,有时它自己也之称为前推(pushforward)。.

目录

  1. 25 关系: 向量丛复合函数定义良好导子交换图表微分同胚微分几何微分流形切丛切空间函子全微分光滑函数前推图册 (拓扑学)矩阵纤维丛线性映射爱因斯坦求和约定链式法则雅可比矩阵满射截面 (纤维丛)拉回 (微分几何)拉回丛

  2. 光滑函数
  3. 导数的推广

向量丛

数学上,向量丛是一个几何构造,為拓扑空间(或流形,或代数簇)的每一点相容地附上一个向量空间,而这些向量空间“粘起来”又构成一个拓扑空间(或流形,或代数簇)。 一个典型的例子是微分流形的切丛:对流形的每一点附上流形在该点的切空间。 另一个例子是法丛:給定一个平面上的光滑曲线,可在曲线的每一点附上和曲线垂直的直线;这就是曲线的"法丛"。 这个条目主要解釋有限维纤维的实向量丛。複向量丛也在很多地方有用;他们可以视为一種有附加结构的实向量丛。 向量丛是纤维丛的一種。.

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复合函数

在数学领域,两个函数的复合函数指一个将第一个函数作用于参数,然后再将第二个函数作用于所得结果的函数。 具体来说,给定两个函数f: X → Y和g: Y → Z,其中f的陪域等于g的定义域(称为f、g可复合),则其复合函数h.

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定义良好

在数学裡,术语定义良好(定义良好的 well-defined,名词 well-definition)用于确认用一组基本公理以数学或逻辑的方式定义的某个概念或对象(一个函数,性质,关系,等等)是完全无歧义的,满足它必需满足的那些性质。通常定义是无歧义地表述,明白地满足它们所需的性质。但有时候,使用任意选择的方式来陈述定义是经济的,这时我们便要验证定义与选择无关。另一种情形,所需的性质可能不都是显然的,这时要验证它们。这些问题通常来自函数的定义。 譬如,在群论中,术语“定义良好”经常用于处理陪集时,陪集空间上的函数经常选取一个代表来定义:这时非常重要的是验证无论选取陪集的哪个代表,就像算术运算一样(比如,2加3总是5)我们总得到同样的结果。 f(x_).

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导子

在抽象代数中,一个导子(derivation)是代数上的函数,推广了导数算子的某些特征。明确地,给定一个环或域 k 上一个代数 A,一个 k-导子是一个 k-线性映射 D: A → A,满足莱布尼兹法则: 更一般地,从 A 映到 A-模 M 的一个 k-线性映射 D,满足莱布尼兹法则也称为一个导子。A 所有到自身的 k-导子集合记为 Derk(A)。从 A 到 A-模 M 的所有 k-导子集合记为 Derk(A,M)。 导子在不同的数学领域以许多不同的面貌出现。关于一个变量的偏导数是 Rn 上实值可微函数组成的代数上的一个 R-导子。关于一个向量场的李导数是可微流形上可微函数代数上的 R-导子;更一般地,它是流形上张量代数的导子。Pincherle 导数是一个抽象代数上的导子的例子。如果代数 A 非交换,则关于 A 中一个元素的交换子定义了 A 到自身的线性映射,这是 A 的一个 k-导子。一个代数 A 装备一个特定的导子 d 组成了一个微分代数,这自身便是一些研究领域的一个重要对象,比如微分伽罗瓦理论。.

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交换图表

在数学领域,尤其是范畴论中,通常使用以对象为顶点、态射为边的交换图表来直观的表达一些性质,尤其是泛性质。 在图表中,复合连接任意两个对象的不同路径上的态射,所得的结果均相等,则称此图表可交换。同时,按照惯例,实线通常表示任意给定的态射,虚线则表示存在或唯一存在的态射。.

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微分同胚

在數學中,微分同胚是適用於微分流形範疇的同構概念。這是從微分流形之間的可逆映射,使得此映射及其逆映射均為光滑(即無窮可微)的。.

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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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微分流形

光滑流形(),或称-微分流形()、-可微流形(),是指一个被赋予了光滑结构的拓扑流形。一般的,如果不特指,微分流形或可微流形指的就是类的微分流形。可微流形在物理學中非常重要。特殊種類的可微流形構成了經典力學、廣義相對論和楊-米爾斯理論等物理理論的基礎。可以為可微流形開發微積分。可微流形上的微積分研究被稱為微分幾何。.

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切丛

数学上,一个微分流形M的切丛(tangent bundle) T(M)是一个由M各點上切空間組成的向量丛,其總空間是各切空间的不交并集: 總空間T(M)每个元素都是一个二元组(x,v),其中v是在点x的切空间Tx(M)內的一枚向量。 切丛有自然的2n维微分流形结构如下: 設:\pi\colon T(M) \to M\, 為自然的投影映射,将(x,v)映射到基点x; 若M是个n维流形,U是x的一个足夠小的邻域, φ:U→Rn是一个局部坐标卡, V是U在T(M)的前象V(V.

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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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函子

在範疇論中,函子是範疇間的一類映射。函子也可以解釋為小範疇範疇內的態射。 函子首先現身於代數拓撲學,其中拓撲空間的連續映射給出相應的代數对象(如基本群、同調群或上同調群)的代數同態。在當代數學中,函子被用來描述各種範疇間的關係。「函子」(英文:Functor)一詞借自哲學家魯道夫·卡爾納普的用語。卡爾納普使用「函子」這一詞和函數之間的相關來類比謂詞和性質之間的相關。對卡爾納普而言,不同於當代範疇論的用法,函子是個語言學的詞彙。對範疇論者來說,函子則是個特別類型的函數。.

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全微分

全微分(total derivative)是微积分学的一个概念,指多元函数的全增量\Delta z的线性主部,记为\operatorname dz。例如,对于二元函数z.

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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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前推

前推(pushforward),在数学中是和拉回“对偶”的概念,可以表示一些不同但相关的一些事物。.

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图册 (拓扑学)

在数学,特别是在拓扑中,一个图册(atlas)描述了一个流形如何装备一个微分结构。每一小块由一个卡(chart)给出(也称为坐标卡coordinate chart或局部坐标系local coordinate system))。以圖冊來定義流形的概念是由夏尔·埃雷斯曼於1943年所提出。 在给出图册形式定义之前,我们回忆起流形M上一个卡定义为从M的一个开集U到\mathbb^n中开集V的一个同胚映射\phi。如果(U_, \varphi_)与(U_, \varphi_)是M的两个卡使得U_ \cap U_非空,则定义了转移映射(transition map) 注意到因为\varphi_与\varphi_都是同胚,转移映射也是同胚。所以,转移映射已经赋予了某种相容性,使得从一个卡上的坐标系变到另一个卡上的坐标系是连续的。 那么流形M上一个图册是一族M上的卡\mathcal.

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矩阵

數學上,一個的矩陣是一个由--(row)--(column)元素排列成的矩形阵列。矩陣--的元素可以是数字、符号或数学式。以下是一个由6个数字元素构成的2--3--的矩阵: 大小相同(行数列数都相同)的矩阵之间可以相互加减,具体是对每个位置上的元素做加减法。矩阵的乘法则较为复杂。两个矩阵可以相乘,当且仅当第一个矩阵的--数等于第二个矩阵的--数。矩阵的乘法满足结合律和分配律,但不满足交换律。 矩阵的一个重要用途是解线性方程组。线性方程组中未知量的系数可以排成一个矩阵,加上常数项,则称为增广矩阵。另一个重要用途是表示线性变换,即是诸如.

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纤维丛

纖維--束(fiber bundle 或 fibre bundle)又稱纖維--叢,在数学上,特别是在拓扑学中,是一个局部看来像直积空间,但是整体可能有不同的结构。每个纤维丛對應一个连续满射 \pi:E\rightarrow B E 和乘積空間 B × F 的局部類似性可以用映射 \pi 來說明。也就是說:在每個 E 的局部空間 U,都存在一個相同的F(F 稱作纖維空間),使得 \pi 限制在 U 上時 與直积空间 B × F 的投影 P:B\times F\mapsto B,\quad P(b, f).

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线性映射

在数学中,线性映射(有的书上将“线性变换”作为其同义词,有的则不然)是在两个向量空间(包括由函数构成的抽象的向量空间)之间的一种保持向量加法和标量乘法的特殊映射。线性映射从抽象代数角度看是向量空间的同态,从范畴论角度看是在给定的域上的向量空间所构成的范畴中的态射。 “线性算子”也是与“线性映射”有关的概念。但是不同数学书籍上对“线性算子”的定义存在区别。在泛函分析中,“线性算子”一般被当做“线性映射”的同义词。而有的书则将“线性算子”定义为“线性映射”的自同态子类(详见下文)。为叙述方便,本条目在提及“线性算子”时,采用后一种定义,即将线性算子与线性映射区别开来。.

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爱因斯坦求和约定

在數學裏,特別是將線性代數套用到物理時,愛因斯坦求和約定(Einstein summation convention)是一種標記的約定,又稱為愛因斯坦標記法(Einstein notation),在處理關於坐標的方程式時非常有用。這約定是由阿爾伯特·愛因斯坦於1916年提出的。後來,愛因斯坦與友人半開玩笑地說:「這是數學史上的一大發現,若不信的話,可以試著返回那不使用這方法的古板日子。」 按照愛因斯坦求和約定,當一個單獨項目內有標號變數出現兩次,一次是上標,一次是下標時,則必須總和所有這單獨項目的可能值。通常而言,標號的標值為1、2、3(代表維度為三的歐幾里得空間),或0、1、2、3(代表維度為四的時空或閔可夫斯基時空)。但是,標值可以有任意值域,甚至(在某些應用案例裏)無限集合。這樣,在三維空間裏, 的意思是 請特別注意,上標並不是指數,而是標記不同坐標。例如,在直角坐標系裏,x^1\,\!、x^2\,\!、x^3\,\!分別表示x\,\!坐標、y\,\!坐標、z\,\!坐標,而不是x\,\!、x\,\!的平方、x\,\!的立方。.

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链式法则

链式法则或鏈鎖定則(英语:chain rule),是求复合函数导数的一个法则。设f 和g 为两个关于x 可导函数,则复合函数 (f \circ g)(x)的导数 (f \circ g)'(x)为:.

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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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满射

满射或蓋射(surjection、onto),或稱满射函数或映成函數,一个函数f:X\rightarrow Y为满射,則对于任意的陪域 Y 中的元素 y,在函数的定义域 X 中存在一點 x 使得 f(x).

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截面 (纤维丛)

在数学之拓扑学领域中,拓扑空间 B 上纤维丛 π: E → B 的一个截面或横截面(section 或 cross section),是一个连续映射 s: B → E,使得对 x 属于 B 有 π(s(x)).

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拉回 (微分几何)

在微分几何中,拉回是将一个流形上某种结构转移到另一个流形上的一种方法。具体地说,假设 φ:M→ N 是从光滑流形 M 到 N 的光滑映射;那么伴随有一个从 N 上 1- 形式(余切丛的截面)到 M 上 1-形式的线性映射,这个映射称为由 φ 拉回,经常记作 φ*。更一般地,任何 N 上共变张量场——特别是任何微分形式——都可以由 φ 拉回到 M 上。 当映射 φ 是微分同胚,那么拉回与前推一起,可以将任何 N 上的张量场变换到 M,或者相反。特别地,如果 φ是 Rn 的开集与 Rn 之间的微分同胚,视为坐标变换(也许在流形 M 上不同的坐标卡上),那么拉回和前推描述了共变与反变张量用更传统方式(用基)表述的变换性质。 拉回概念背后的本质很简单,是一个函数和另外一个函数的前复合。但是将这种想法运用到许多不同的情形,可以构造许多复杂的拉回。本文从简单的操作开始,然后利用它们构造更复杂的。粗略地讲,拉回手法(利用前复合)将微分几何中多种不同的结构变成反变函子。.

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拉回丛

数学上,拉回丛(pullback bundle)或导出丛(induced bundle)是纤维丛理论中的常见构造。令 π: E → B为以F为纤维的纤维丛,并令f: B′ → B为任意连续映射。则,f自然地诱导出一个纤维丛 π′: f*E → B′,它也以F为纤维。大致来讲,只需要说在点x的纤维是在点f(x)的纤维就可以了;然后用不交并将所有纤维合起来。 如果要更形式化一些,可以定义 投影映射π′: f*E → B′由下式给出 到第二个因子的投影给出了一个映射\tilde f \colon f^E \to E满足如下交换图: 若.

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另见

光滑函数

导数的推广

亦称为 切映射。