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텐서10

텐서란 무엇인가? 텐서의 이해, 표기법, 연산 완전 정리 물리학을 배우는 학생이라면 방학 중에 꼭 상대성이론 한번 공부해 보겠다고 책을 샀다가, 텐서에서 눈물을 머금고 포기하기를 반복하는 경험을 한번씩은 할 것이다. 그만큼 물리학과 학생에게 텐서는 애증의 개념이라고 할수 있다. 아마 텐서가 무엇인지, 텐서가 왜 필요한지에 대해서는 이런 저런 소스로부터 많이 봤을 것이니, 여기에서는 텐서의 핵심적인 특징과 표기법, 연산에 대하여 정리하여 실제적으로 텐서를 가지고 계산을 하는 방법들에 대하여 살펴본다. 먼저, 텐서를 이해하기 위해서는 다음의 개념들에 대해서는 반드시 알아야 한다. 1. 함수 : 함수의 기본 개념, 변수와 함수값, 벡터 함수 2. 스칼라와 벡터 : 스칼라와 벡터의 기본 개념, 벡터의 덧셈, 스칼라 곱, 벡터의 내적, 벡터의 내적의 성질 3. 벡터와 .. 2020. 8. 11.
[다양체,텐서] 2.4-(3) Lie Derivatives of Tensor Fields 1.6 Integral Curve에서 살펴본 Lie derivative는 vector calculus에서 directional derivative의 일반화된 개념이다. Real-valued function과 vector field에 정의된 것과 마찬가지로 differentiable form에도 Lie derivative를 정의할 수 있다. Lie Derivatives of Tensor Fields Vector field의 Lie derivative를 정의할 때, local flow를 이용한 것과 같이 tensor field의 Lie derivative도 local flow를 이용하여 정의한다. DEFINITION Lie Derivative of Tensor Field Smooth manifold \(M\.. 2018. 9. 8.
[다양체,텐서] 2.3 Tensor Fields Manifold의 기하학에 등장하는 curvature와 같은 오브젝트를 다루기 위해서는 tensor field를 정의해야 한다. 이 페이지에서는 manifold에서의 tensor field와 tensor의 coordinate change에 대하여 살펴본다. Cotangent Space \(n\)-dimentional differentiable manifold \(M\)에 정의 되는 real-valued differentiable function \(f:M \to \mathbb{R} \) 에 대하여, \(M\)의 point \(p\)에서의 differential \((df)_p\) 를 생각해보자. 1.4 Derivatives of Differentiable maps에서 정의한 것과 같이 \((df)_p\).. 2018. 9. 8.
[다양체,텐서] 2.2 Symmertric Tensors, Antisymmetric Tensors, Exterior Algebra 이 페이지에서는 앞으로 많이 등장하게 될 antisymmetric tensor들을 살펴본다. 그리고 비슷한 개념의 symmetric tensor도 같이 살펴본다. 논의의 편의상 covariant tensor만 다루지만, contravariant tensor에도 똑같은 방식으로 적용된다. 이하에서는 vector space \(V\)의 basis를 $$ \{ e_1, e_2, \cdots , e_n\} $$ 그리고 dual space \(V^*\)의 dual basis를 $$ \{ e^* _1, e^* _2, \cdots, e^* _n \} $$ 으로 가정한다. Symmetric Tensors Symmetric tensor는 변수로 들어가는 vector들 중에서 2개의 위치를 바꿨을 때 같은 값이 나오는 t.. 2018. 9. 8.
[다양체,텐서] 2.1 Tensor Product 잠시 manifold에 대한 설명을 접어두고 일단 대수학적인 개념들에 대해 살펴보자. 두개의 vector space로 새로운 vector space를 얻을 수 있는 방법 중 하나가 tensor product를 이용하는 방법이 있다. 기하학에서는 tangent space와 dual space가 사용될 것이지만, tensor product는 일반적인 vector space들에서 정의된다. Tensor Product DEFINITION Tensor Product Vector space \(V\), \(W\)의 tensor product는 bilinear인 $$ (\vec{v}, \vec{w})~~~,~~\vec{v} \in V ~~,~~ \vec{w} \in W $$ 로 구성된 vector space이다. 즉.. 2018. 9. 8.
[다양체,텐서] 1.5 Vector Fields, Lie Bracket 고전역학에서 사용하는 천체의 위치 벡터나 운동량 벡터는 입자가 차지하고 있는 한 점에 정의된 벡터라는 점으로부터 앞에서 설명한 tangent vector라고 할 수 있다. 이와는 다르게 전자기학에서 사용하는 전기장, 자기장과 같은 개념들은 공간의 각 점마다 vector가 정의된 vector field의 개념이다. 본 포스팅에서는 manifold에서 vector field를 정의한다. Vector Field Vector field를 엄밀히 정의하기 위해서는 위상수학의 fiber bundle의 개념을 사용하여 정의해야 하지만, differentiable manifold의 개념들이 이미 정의되어 있으므로 이들을 이용하여 더 쉽게 정의할 수 있다. DEFINITION Vector Field Differentia.. 2018. 8. 12.
[다양체,텐서] 1.4 Derivatives of Differentiable maps 미적분학에서 '미분'이라는 개념은 linear approximation이라는 개념으로 설명된다.(--calculus, differential-- 참고) $$ \Delta f = f(x+\Delta x) - f(x) = df_x (\Delta x) + \epsilon \mathrm{~~where~} \frac{\epsilon}{\Delta x} \to 0 \mathrm{~as~}\Delta x \to 0 $$ \(\Delta x\)는 \(\mathbb{R}\)에서의 tangent vector라고 할 수 있으므로, differential \(df_x\)는 tangent space에서 tangent space로의 linear transformation이라고 볼 수 있다.([선형대수학] 2.1 Linear Tr.. 2018. 8. 11.
[다양체,텐서] 1.3 Tangent Space, Tangent Bundle 미적분학에서 3차원 Euclidean space \(\mathbb{R}^3\)에서 surface의 한 점에 접하는 평면을 tangent plane이라고 부른다. By Alexwright at English Wikipedia [Public domain], via Wikimedia Commons 이 페이지에서는 한 점에 대한 tangent plane이 differentiable manifold에서 일반화된 개념에 대하여 살펴본다. Tangent Space 미적분학에서 plane을 표현하는 방법에는 여러가지 방식이 있다. 가장 익숙한 방식으로는 1차 2-변수 함수를 이용하여 $$ s(x,y)=x+y $$ 와 같이 표현할 수 있다. 그러나 이러한 방식은 tangent plane이 3차원 Euclidean spa.. 2018. 8. 7.