Up 「座標変換」のテンソル 作成: 2017-12-22
更新: 2017-12-22


    \( V\) を \(n\) 次元線型空間とし,つぎを \( V\) の基底変換とする:
    \[ ( {\bf e'}_1, \cdots, {\bf e'}_n ) = ( {\bf e}_1, \cdots, {\bf e}_n ) \ A \\ ( {\bf e}_1, \cdots, {\bf e}_n ) = ( {\bf e'}_1, \cdots, {\bf e'}_n ) \ B \\  \\ \quad A = \left( \begin{array}{ccc} a_1^1 & \cdots & a_n^1 \\ & \cdots & \\ a_1^n & \cdots & a_n^n \\ \end{array} \right) \qquad B = \left( \begin{array}{ccc} b_1^1 & \cdots & b_n^1 \\ & \cdots & \\ b_1^n & \cdots & b_n^n \\ \end{array} \right) \]
    このとき,つぎが成り立っている:
      \[ B = A^{-1} \]


    \({\bf x} \in V \) の,基底 \( ({\bf e}_i),\, ({\bf e'}_i) \) に対する座標を,それぞれ \[ ( {x}^1, \cdots, {x}^n ) \\ ( {x'}^1, \cdots, {x'}^n ) \] とする──この意味は, \[ \begin{align*} {\bf x} &= x^1 {\bf e}_1 + \cdots + x^n {\bf e}_n \\ &= {x'}^1 {\bf e'}_1 + \cdots + {x'}^n {\bf e'}_n \end{align*} \]
    このとき,つぎが成り立つ: \[ \left( \begin{array}{c} x^1 \\ \vdots \\ x^n \\ \end{array} \right) = A \ \left( \begin{array}{c} {x'}^1 \\ \vdots \\ {x'}^n \\ \end{array} \right) \\   \\ \left( \begin{array}{c} {x'}^1 \\ \vdots \\ {x'}^n \\ \end{array} \right) = B \ \left( \begin{array}{c} x^1 \\ \vdots \\ x^n \\ \end{array} \right) \]
    そしてこれを,「座標変換」と呼ぶわけである。


    座標変換の形式は,「テンソル」のことばで述べられるものになる。

    即ち,行列 \( A \)
      \[ \left( \begin{array}{ccc} a^1_1 & \cdots & a^1_n \\ & \cdots & \\ a^n_1 & \cdots & a^n_n \\ \end{array} \right) \]
    は,つぎのテンソルである:
      \[ \sum_{i,j} \, a^i_j\, {\bf {e^{'}}}_j^* \otimes {\bf e}_i \]
    行列 \( B = A^{-1}\)
      \[ \left( \begin{array}{ccc} b^1_1 & \cdots & b^1_n \\ & \cdots & \\ b^n_1 & \cdots &b^n_n \\ \end{array} \right) \]
    は,つぎのテンソルである:
      \[ \sum_{i,j} \, b^i_j\, {\bf e}_j^* \otimes {\bf {e^{'}}}_i \]

    そして,
      \[ A\, \left( \begin{array}{c} {x^{'}}^1 \\ \vdots \\ {x^{'}}^n \\ \end{array} \right) \\ B\, \left( \begin{array}{c} x^1 \\ \vdots \\ x^n \\ \end{array} \right) \]
    は,それぞれつぎのテンソルである:
      \[ \sum_{i,j} \left( \, a^i_j\, {\bf {e^{'}}}_j^* \otimes {\bf e}_i \right) \left( \, {x^{'}}^j\, {\bf {e^{'}}}_j \right) \\ \sum_{i,j} \left( \, b^i_j\, {\bf e}_j^* \otimes {\bf {e^{'}}}_i \right) \left( \, x^j\, {\bf e}_j \right) \]
    計算は,双対単位の縮約である。