微分幾何

テンソルの分解

任意の2階のテンソルの成分 Tμ,ν について

(1) Aμ,ν を対称テンソル(Aμ,ν=Aν,μ)、
Bμ,ν を反対称テンソル(Bμ,ν=Bν,μ)として
Tμ,ν=Aμ,ν+Bμ,nu
と表すことが出来ることを示せ。

(2) 反対称行列と対称行列の積のトレースは 0 となることを示せ。

(1)
Aμ,ν=12(Tμ,ν+Tν,μ)Bμ,ν=12(Tμ,νTν,μ)
とすれば
Tμ,ν=Aμ,ν+Bμ,ν
であり
Aμ,ν=Aν,μBμ,ν=Aν,μ
を満たす。

(2)
A=(Aμ,ν) を対称行列、B=(Bμ,ν) を反対称行列とすると
tr(AB)=Aμ,νBμ,ν
添字の μ,ν は何でも良いので、入れ替えても値は変わらない。従って
tr(AB)=Aν,μBμ,ν
となる。ここで、A が対称行列、B が反対称行列であることを使うと
tr(AB)=Aμ,ν(Bν,μ)=tr(AB)
となる。従って
tr(AB)=0
が言える。

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