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外代数

Exterior algebra

把张量代数按 v⊗v=0 的关系取商所得的分次代数。

条目类型
定义

形式陈述

向量空间 V 的外代数 ΛV=T(V)/I,其中 I 是由所有 vv 生成的双边理想。其底层线性空间是 T(V)I商向量空间,而双边理想条件使乘法能下降到商上。乘法写作楔积,满足 vv=0,从而 uv=vu;在特征2 中反交换式不能替代交替定义。它按次数分解为 kΛkV,有限维 ndimΛkV=(nk)

直觉

楔积记录有向面积和体积:重复方向使体积为零,交换方向翻转定向。外代数强制 vv=0,因此楔积只记录彼此独立方向形成的有向体积,而自动抹去重复方向。交换两个一次向量会改变符号,正对应有向面积或体积的方向反转。它把不同阶的交替多线性信息收进一个分次代数。

例子与边界

e1,e2 为基,则 e1e2 张成二维顶次外幂。v1vk=0 当这些向量线性相关。外代数不同于对称代数;前者编码交替多线性,后者编码交换多项式。在二维空间基 e1,e2 下,Λ0VFΛ1V=VΛ2V=span(e1e2),更高次均为零。若 v=ae1+be2w=ce1+de2,则

vw=(adbc)e1e2,

系数就是行列式。特征2 时仍应以 vv=0 定义交替性,不能只写反交换关系。

推论与应用

外代数统一行列式、微分形式、定向、体积元和同调代数中的交替构造。外代数由 张量积 商去 vv 生成的理想得到,满足交替映射的 泛性质。最高次外幂解释行列式,外形式与 流形上的 Stokes 定理 相连,并用于定向、微分几何和同调代数。

参考资料
  • Serge Lang, Algebra, revised 3rd ed., Springer, 2002,Parts I–IV。
  • Steven Roman, Advanced Linear Algebra, 3rd ed., Springer, 2008,Chs. 1–14。
关系图谱12 个相邻概念 · 1 类关系

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