Реферат: Обозначения и определения тензорной алгебры

Мы введем теперь два важных условия относительно индексов. В тензорном исчислении мы часто имеем дело с суммами типа C) и E); нетрудно заметить, что в этих формулах индексы, по которым идет суммирование, появляются дважды. Наши формулы можно сделать компактнее, если избавиться от знака 2- Это может быть осуществлено, если принять, что знак 2 будет подразумеваться в любом случае, когда в одночленном выражении индекс повторяется. Тогда C) можно записать так:

а (5) примет вид

Единственное неудобство в применении нашего условия возникает в том случае, когда мы желаем выписать один член какой-либо из сумм (8) или (9). Нам это потребуется очень редко, но мы запасемся для этого случая соглашением, что условие о суммировании применяется только, когда повторяющийся индекс записан малой буквой, а использование заглавных букв для повторяющихся индексов не означает суммирования. Таким образом, отдельные члены сумм (8) и (9) будут обозначаться соответственно. Наше первое условие, следовательно, читается так:

Повторяющийся малый латинский индекс означает суммирование от 1 до 3.

Так как повторяющийся индекс означает суммирование от 1 до 3, то применение какой-нибудь специальной буквы для повторяющихся индексов не обязательно, и мы можем заменить ее любой буквой, которая нам удобна, без изменения значения рассматриваемого выражения. Таким образом,

По этой причине повторяющийся индекс часто называют немым. Индекс, который в каком-нибудь одночленном выражении не повторяется, назовем свободным. Таким образом, все индексы в формулах D), F) и G) —свободные индексы; следует отметить, что в. этих формулах свободные индексы пробегают значения от 1 до 3. Мы имеем, следовательно, наше второе условие:

Свободные (неповторяющиеся) малые латинские индексы пробегают значения от 1 до 3.

Например, объект второго порядка будет теперь записываться в виде

без какого-нибудь дополнительного упоминания о числе значений, пробегаемых г и s. Другими словами, ara означает любую из девяти составляющих

Отметим, что почти всегда немой индекс будет появляться в одним верхнем и в одном нижнем положении. Поскольку это окажется возможным, в настоящей главе мы будем придерживаться такого расположения индексов.

3. Сложение, умножение и свертывание объектов

В алгебре объектов со многими индексами имеются три главные операции, которые называются сложением, умножением и свертыванием.

а) Сложение. Эта операция применима только к объектам одного и того же порядка и типа. Если нам даны два объекта одного и того же порядка и типа и если мы складываем каждую составляющую первого объекта с соответствующей составляющей второго, то мы, очевидно, приходим к объекту того же порядка и типа, что и слагаемые. Этот процесс есть операция сложения, и результирующий объект называется суммой двух объектов. Таким образом, если arst и brst — два объекта третьего порядка, то объект , определенный равенством

есть сумма и . Мы подразумеваем здесь алгебраическую сумму; поэтому вычитание включено сюда как частный случай. Кроме того, эта операция может быть распространена непосредственно на случай любого количества объектов, если только они все одного и того же порядка и типа.

б) Умножение. Мы сейчас определим произведение двух объектов. Если мы берем два объекта любого типа и умножаем каждую составляющую первого объекта на каждую составляющую второго, мы получаем объект, порядок которого равен сумме порядков двух исходных объектов; этот результирующий объект называется произведением двух объектов. Например, если a^r _st — объект третьего порядка и b^mn — объект второго порядка, то мы видим, что объект с^rmn , составляющие которого определяются равенством

есть объект пятого порядка и является произведением a^r _st и b^mn . Этот процесс, конечно, может быть распространен на любое количество объектов.

в) Свертывание. Процесс свертывания может быть пояснен на примере. Возьмем объект пятого порядка

который имеет как верхние, так и нижние индексы. Если мы теперь положим и равным р, мы получим объект arsfp, и так как р является теперь повторяющимся индексом, то необходимо произвести суммирование от 1 до 3, в соответствии с нашим условием. Итак, полученный таким путем новый

Мы видим, что наш новый объект A2) —третьего по- рядка, т. е. его порядок на два ниже, чем порядок исходного объекта. Операция может быть, очевидно, повторена несколько раз, т. е. мы можем произвести свертывание относительно любой пары индексов, один из которых является нижним,, а другой—верхним. В приведенном выше примере мы можем произвести свертывание еще раз по индексам rp, получив объект первого порядка