上次说到协变与逆变,并说了他们在几何学、计算力学方面的作用,
这回说一下他们的转换。首先我们定义度量张量的协变分量:
也就是说它的每一个分量是两个协变基的点积。同理我们有另外一组定义度量张量的逆变分量:
为逆变基的的点积,如果i和j的指标是1~3,那么相应的 与 都有9个分量,而更为常用的情况则是当我们定义曲面一对切向量(协变基)的时候,指标从1到2,那么对应的度量张量就有4个分量。
通过度量张量,其实我们就可以建立起协变基与逆变基之间的关系
而这个证明也非常简单:
同理对于一个向量 , 也可以通过上述定义轻松得从协变基转到逆变基来表示
所以我们就得到了一个向量的逆变分量与协变分量的转换关系,即
至此我们就可以轻松的通过 于 建立起协变、逆变之间的转换关系。
那么下一个问题是,为啥这东西叫度量张量(Metric tensor)?下面我们把这个张量写出来
我们来看空间中的一个微元长度变量
那么我们可以看到这个线元的大小在一定程度上由 决定,是这个线元的“度量”,所以这东西被称为度量张量。
在有限元编程中,我们最为常用的就是曲面坐标分量的协变、逆变转换,通过度量张量的分量建立起各种关系,而且由于这个比较好计算,逻辑又统一,具有张量表达从上到下的统一性,写起来比较浑然一体。