3. FELADATSOR. n(n 1) Meggondolható, hogy B képtere az összes alternáló 4-lineáris függvény tere, magja pedig R. Hesse(f)(X, Y ) = X(Y (f)) X Y (f).

Hasonló dokumentumok
= e i1 e ik e j 1. tenzorok. A k = l = 0 speciális esetben e az R egységeleme. A. e q 1...q s. = e j 1...j l q 1...q s

Feladatsor A differenciálgeometria alapja c. kurzus gyakorlatához

Riemanngeometria 1 c. gyakorlat A Riemann-terekkel kapcsolatos fogalmak, jelölések

1. feladatsor: Vektorfüggvények deriválása (megoldás)

VIK A2 Matematika - BOSCH, Hatvan, 3. Gyakorlati anyag. Mátrix rangja

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

1. feladatsor: Vektorterek, lineáris kombináció, mátrixok, determináns (megoldás)

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

1. FELADATSOR. x = u + v 2, y = v + z 2, z = z. u y + z. u x + y. v x + y. v y + z. w x + y. w y + z

1. Házi feladat. Határidő: I. Legyen f : R R, f(x) = x 2, valamint. d : R + 0 R+ 0

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Szeminárium. Kaposvári István október 01. Klasszikus Térelmélet Szeminárium

Bevezetés a görbe vonalú geometriába

Lagrange és Hamilton mechanika

Egyszerűbb esetben a felületet megadhatjuk egyetlen ϕ paraméterezéssel, ezt nevezzük Gauss-féle megadásnak.

azonosságot minden 1 i, l n, 1 j k, indexre teljesítő együtthatókkal, amelyekre érvényes a = c (j) i,l l,i

Matematika (mesterképzés)

VEKTORTEREK I. VEKTORTÉR, ALTÉR, GENERÁTORRENDSZER október 15. Irodalom. További ajánlott feladatok

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Determinánsok. A determináns fogalma olyan algebrai segédeszköz, amellyel. szolgáltat az előbbi kérdésekre, bár ez nem mindig hatékony.

Lineáris leképezések. Wettl Ferenc március 9. Wettl Ferenc Lineáris leképezések március 9. 1 / 31

Határozatlansági relációk származtatása az

Friedmann egyenlet. A Friedmann egyenlet. September 27, 2011

LINEÁRIS ALGEBRA. matematika alapszak. Euklideszi terek. SZTE Bolyai Intézet, őszi félév. Euklideszi terek LINEÁRIS ALGEBRA 1 / 40

Vektorterek. Több esetben találkozhattunk olyan struktúrával, ahol az. szabadvektorok esetében, vagy a függvények körében, vagy a. vektortér fogalma.

Diszkrét matematika II., 8. előadás. Vektorterek

Az elméleti fizika alapjai házi feladat

Lineáris leképezések (előadásvázlat, szeptember 28.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

1. feladatsor Komplex számok

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

Lineáris algebra és a rang fogalma (el adásvázlat, szeptember 29.) Maróti Miklós

Matematika alapjai; Feladatok

17. előadás: Vektorok a térben

Lineáris algebra. =0 iє{1,,n}

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

A térképen ábrázolt vonal: - sík felület egyenese? - sík felület görbéje? - görbült felület egyenese ( geodetikus )? - görbült felület görbéje?

A térképen ábrázolt vonal: - sík felület egyenese? - sík felület görbéje? - görbült felület egyenese ( geodetikus )? - görbült felület görbéje?

Mérhetőség, σ-algebrák, Lebesgue Stieltjes-integrál, véletlen változók és eloszlásfüggvényeik

15. LINEÁRIS EGYENLETRENDSZEREK

Diszkrét matematika I., 12. előadás Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach november 30.

Boros Zoltán február

A klasszikus mechanika matematikai módszerei

Haladó lineáris algebra

Lineáris Algebra gyakorlatok

1. Generátorrendszer. Házi feladat (fizikából tudjuk) Ha v és w nem párhuzamos síkvektorok, akkor generátorrendszert alkotnak a sík vektorainak

Modern differenciálgeometria Sokaságok és a Riemann-geometria elemei Szilasi József

Bevezetés az algebrába 2 Vektor- és mátrixnorma

Keresztmetszet másodrendű nyomatékainak meghatározása

Miért fontos számunkra az előző gyakorlaton tárgyalt lineáris algebrai ismeretek

Norma Determináns, inverz Kondíciószám Direkt és inverz hibák Lin. egyenletrendszerek A Gauss-módszer. Lineáris algebra numerikus módszerei

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

Mátrixok 2017 Mátrixok

Skalárszorzat, norma, szög, távolság. Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach/ 2005.

1. Homogén lineáris egyenletrendszer megoldástere

Gyakorló feladatok I.

Lineáris algebra Gyakorló feladatok

1. Mit jelent az, hogy egy W R n részhalmaz altér?

Lineáris algebra - jegyzet. Kupán Pál

Cayley oktoniók és a G 2 Lie csoport

Geodetikus gömbök metszetér l. Horváth Márton

Testek. 16. Legyen z = 3 + 4i, w = 3 + i. Végezzük el az alábbi. a) (2 4), Z 5, b) (1, 0, 0, 1, 1) (1, 1, 1, 1, 0), Z 5 2.

Mat. A2 3. gyakorlat 2016/17, második félév

1.1. Vektorok és operátorok mátrix formában

Diszkrét matematika I. gyakorlat

1. Determinánsok. Oldjuk meg az alábbi kétismeretlenes, két egyenletet tartalmaz lineáris egyenletrendszert:

Numerikus módszerek 1.

1. zárthelyi,

Gauss-Seidel iteráció

1.9. B - SPLINEOK B - SPLINEOK EGZISZTENCIÁJA. numerikus analízis ii. 34. [ a, b] - n legfeljebb n darab gyöke lehet. = r (m 1) n = r m + n 1

differenciálegyenletek

MATEMATIKA FELADATGYŰJTEMÉNY

Meghirdetés féléve 2 Kreditpont Összóraszám (elm+gyak) 2+0

MM CSOPORTELMÉLET GYAKORLAT ( )

HALMAZELMÉLET feladatsor 1.

A következő feladat célja az, hogy egyszerű módon konstruáljunk Poisson folyamatokat.

7. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 7. előadás Elemi bázistranszformáció


Matematika szigorlat június 17. Neptun kód:

Totális Unimodularitás és LP dualitás. Tapolcai János

Lineáris algebra 2. Filip Ferdinánd december 7. siva.banki.hu/jegyzetek

Lineáris algebra gyakorlat

Sorozatok, sorok, függvények határértéke és folytonossága Leindler Schipp - Analízis I. könyve + jegyzetek, kidolgozások alapján

Geometriai alapok Felületek

3. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 3. előadás Lineáris egyenletrendszerek

Lineáris leképezések, mátrixuk, bázistranszformáció. Képtér, magtér, dimenziótétel, rang, invertálhatóság

1. Bázistranszformáció

A gyakorlati jegy

5. Előadás. (5. előadás) Mátrixegyenlet, Mátrix inverze március 6. 1 / 39

1. Absztrakt terek 1. (x, y) x + y X és (λ, x) λx X. műveletek értelmezve vannak, és amelyekre teljesülnek a következő axiómák:

0-49 pont: elégtelen, pont: elégséges, pont: közepes, pont: jó, pont: jeles

GPK M1 (BME) Interpoláció / 16

Optimalizálási eljárások GYAKORLAT, MSc hallgatók számára. Analízis R d -ben

FELVÉTELI VIZSGA, július 21. Írásbeli próba MATEMATIKÁBÓL A. RÉSZ

Matematika A1a Analízis

Számítási módszerek a fizikában 1. (BMETE90AF35) tárgy részletes tematikája

Alkalmazott algebra. Lineáris leképezések EIC. Wettl Ferenc ALGEBRA TANSZÉK BMETE90MX57 (FELSŐBB MATEMATIKA INFORMATIKUSOKNAK )

Átírás:

011/1 I. félév 3. FELADATSOR 3-1: Legyen R T 0,4 V az algebrai görbületi tenzorok tere az n-dimenziós V vektortér felett. Mennyi R dimenziója? Mennyi a 0 Ricci-tenzorú görbületi tenzorok terének dimenziója? Milyen értékek adódnak n = és 3 esetén? Megoldás. Cs. B. Legyen R T 0,4 V az olyan S 4-lineáris függvények tere, melyek rendelkeznek az SX, Y, Z, W = SY, X, Z, W = SX, Y, W, Z = SZ, W, X, Y nn 1 szimmetriákkal. Könnyű látni, hogy R izomorf Λ V nn 1 -dimenziós téren értelmezett szimmetrikus bilineáris függvények terével, ezért dim R = B : R R, a,,bianchi-leképezés, melyet definiáljunk a BSX, Y, Z, W = XY Z SX, Y, Z, W. nn 1 +1 = nn 1n n+ 8. Legyen Meggondolható, hogy B képtere az összes alternáló 4-lineáris függvény tere, magja pedig R. Ebből adódik, hogy dim R = dim R dim im B = n4 n 3 + 3n n 8 nn 1n n 3 4 = n4 n 1. n = esetén dim R = 1, n = 3 esetén dim R = 6 = dim S V. Ez azt jelenti, hogy n = dimenzióban R = Rg g, n = 3 dimenzióban R = S V g. A legfeljebb 3-dimenziós sokaságok Weyl-tenzora tehát eltűnik. 3-: Legyen f egy sima függvény egy konnexióval ellátott sokaságon. Ekkor f -ra vonatkozó Hesse-formája az a 0, -típusú tenzormező, melynek az X, Y vektormezőkön felvett értéke HessefX, Y = XY f X Y f. Ellenőrizzük, hogy Hessef valóban tenzormező, azaz bilineáris a sima függvények felett és bizonyítsuk be, hogy ha torziómentes, akkor Hessef szimmetrikus. Mutassuk meg, hogy f egy p kritikus pontjában, vagyis egy olyan pontban, ahol a df p differenciál eltűnik, a Hessef p forma nem függ a konnexiótól. 3-3: Legyen a konform ekvivalens g és e f g Riemann-metrikák konnexiója és, görbületi tenzoraik R és R. Számoljuk ki az R és R tezorok különbségét és ezt felhasználva mutassuk meg, hogy az R és R 1, 3-típusú Weyl-komponense megegyezik, vagyis egy Riemann-sokaság Weyl-tenzora konform invariáns. Megoldás. Cs. B. A -8. feladat eredménye szerint X Y = X Y + XfY + Y fx gx, Y gradf.

011/1 I. félév Ebből X Y Z = X Y Z + Y fz + ZfY gy, Z gradf = X Y Z + Y fz + ZfY gy, Z gradf + Xf Y Z + Y fz + ZfY gy, Z gradf + Y Zf + Y fzf + ZfY f gy, Z gradf X gx, Y Z + Y fgx, Z + ZfgX, Y gy, ZXf gradf Az utolsó kifejezés első sorát tovább kifejtve X Y Z = X Y Z + XY fz + Y f X Z + XZfY + Zf X Y g X Y, Z gradf gy, X Z gradf gy, Z X gradf + Xf Y Z + XfY fz + XfZfY XfgY, Z gradf + Y ZfX + Y fzfx + ZfY fx gy, Z gradf X + gx, Y Z Y fgx, Z ZfgX, Y + gy, ZXf gradf Valamely két változóban antiszimmetrikus függvények tömör felírásához célszerű bevezetni az antiszimmetrizáló leképezést. Ha F X, Y,... egy kifejezés, melyben az X, Y és esetleg más további változók szerepelnek, akkor legyen Θ XY F X, Y,... = F X, Y,... F Y, X,.... A jelöletlen dobozokban és az azonos jelű dobozokban az X és Y szimmetrikus függvénye áll, ezért az antiszimmetrizált [ X, Y ]Z = X Y Z Y X Z kifejezésben ezek el fognak tűnni. Ami marad, [ X, Y ]Z = [ X, Y ]Z + [X, Y ]fz + Θ XY XZfY + Zf[X, Y ] Tudjuk azt is, hogy g[x, Y ], Z gradf + Θ XY gx, Z Y gradf + Θ XY Y ZfX + ZfY fx + gradf gx, ZY + Θ XY XfgY, Z gradf. [X,Y ] Z = [X,Y ] Z + [X, Y ]fz + Zf[X, Y ] g[x, Y ], Z gradf. Ha ezt kivonjuk az előző egyenletből, akkor RX, Y Z = RX, Y Z + Θ XY XZfY + gx, Z Y gradf + Y ZfX + ZfY fx + gradf gx, ZY + XfgY, Z gradf.

011/1 I. félév Ha ezt egy W vektormezővel g szerint beszorozzuk, akkor e f RX, Y, Z, W = RX, Y, Z, W + Θ XY XZfgY, W + gx, Zg Y gradf, W + Y ZfgX, W + ZfY fgx, W + gradf gx, ZgY, W + XfW fgy, Z. A dobozba zárt kifejezés átírható a g Y gradf, W = Y ggradf, W ggradf, Y W = Y W f Y W f azonosság segítségével. Ezután átrendezéssel e f RX, Y, Z, W = RX, Y, Z, W + Θ XY XZfgY, W + gx, ZY W f gx, Z Y W f + Y ZfgX, W + ZfY fgx, W + gradf gx, ZgY, W + XfW fgy, Z. Amelyik tagban a g hasában nincs X, cseréljük fel X és Y -t. Θ XY hasában ezt egy előjelváltás árán megtehetjük. e f RX, Y, Z, W = RX, Y, Z, W + Θ XY Y ZfgX, W + gx, ZY W f gx, Z Y W f + Y ZfgX, W gx, ZgY, W gy, ZgX, W + ZfY fgx, W + gradf Y fw fgx, Z. Vegyük észre, hogy Θ XY hasában lévő kifejezés Z, W -ben is antiszimmetrikus, így e f RX, Y, Z, W = RX, Y, Z, W + ΘZW Θ XY Y ZfgX, W + Y ZfgX, W gradf + ZfY fgx, W gy, ZgX, W gradf = RX, Y, Z, W + df df Hessef g g X, Y, Z, W. Tehát 3-4: e f R = R + df df Hessef gradf g g. Bizonyítsuk be, hogy egy Einsten-sokaság görbületi tenzorának a,,nyomtalanított Ricci - komponense eltűnik.

011/1 I. félév Bizonyítsuk be, hogy egy Einstein-sokaság akkor és csak akkor állandó görbületű, ha Weyltenzora eltűnik. 3-5: Bizonyítsuk be, hogy H n egy állandó 1 szekcionális görbületű tér. Megoldás. Cs. B. Jelölje π azt a vetítést, mely egy ξ H n pontban egy v T p R n+1 vektort levetít a T p H n érintőtérre a πv = v + {v, ξ}ξ képlet szerint. Világos, hogy ππv = πv, és πλξ = 0. H n Levi-Civita-konnexiója R n+1 Levi-Civita-konnexiójával a X Y = π X Y képlettel fejezhető ki. Felhasználva még, hogy a ξ : H n R n+1, beágyazó leképezést H n menti vektormezőnek tekintve X ξ = X tetszőleges H n -et érintő vektorra, vagy vektormezőre, X Y Z = π X Y Z + { Y Z, ξ}ξ = π X Y Z + X{ Y Z, ξ}ξ + { Y Z, ξ} X ξ = π X Y Z + { Y Z, ξ}x. Mivel Z érinti H n -et, {Z, ξ} = 0, amit Y szerint deriválva { Y Z, ξ} = {Z, Y ξ} = {Z, Y } adódik. Innen R X, Y Z = π X Y Z Y X Z [X,Y ] Z {Z, Y }X + {Z, X}Y. R n+1 görbületi tenzora 0, ezért R X, Y Z = {Z, Y }X + {Z, X}Y. Mj.: Így aztán RX, Y, Z, W = {Z, Y }{X, W } + {Z, X}{Y, W }. Speciálisan RX, Y, Y, X = {Y, Y }{X, X} + {Y, X}{Y, X} pont 1-szerese {X, X}{Y, Y } {X, Y } -nek. 3-6: Legyenek egy térkép bázismezői 1,..., n, a Riemann-metrika mátrixának elemei g ij = i, j, a Levi-Civita-konnexió Christoffel-szimbólumai Γ k ij. A görbületi tenzor illetve a Riemannféle görbületi tenzor komponensei az adott térképre vonatkozóan azok az Rijk l illetve R ijkl függvények, melyekre R i, j k = n l=1 Rl ijk l, illetve R i, j, k, l = R ijkl. Fejezzük ki az Rijk l és R ijkl komponenseket a Christoffel-szimbólumokkal és a Riemann-metrika komponenseivel. Megoldás. Cs. B. i j k = i Γ s jk s = i Γ s jk s + Γ s jk i s = i Γ s jk s + Ebből, felhasználva, hogy [ i, j ] = 0, Rijk l = iγ l jk jγ l ik + Γ s jk Γl is Γ s ik Γl js Γ s jk Γl is l. l=1 és R ijkl = Rijk m g ml = i Γ m jk jγ m ik g ml + Γ s jk Γm is Γ s ik Γm jsg ml m=1 m=1

011/1 I. félév 3-7: Bizonyítsuk be, hogy egy R 3 -beli felület szekcionális görbülete az érintősíkjának irányában a felület Gauss-görbülete az adott pontban. Megoldás. L. Gy. Ez a jól ismert Gauss-féle Theorema egregium. Egyben pedig speciális esete a következő feladatnak. 3-8: Bizonyítsuk be, hogy ha egy M R n hiperfelület egy adott p pontjában e 1,..., e n 1 egy főirányokból álló ortonormált bázis T p M-ben és κ i az e i -hez tartozó főgörbület, akkor az e i és e j által kifeszített síkálláshoz tartozó szekcionális görbület κ i κ j. Megoldás. L. Gy. A ahiperfelületek elméletéből ismert Gauss-formulák szerint b il b jk b ik b jl = i Γ m jk jγ m ik g ml + Γ s jk Γm is Γ s ik Γm jsg ml m=1 vö. Csikós Balázs angol nyelvű differenciálgeometria jegyzete, ahol a b ij -k a második alapforma komponensei, és a a Γ k ij Christoffel-szimbólumok formálisan ugyanúgy vannak definiálva, mintha a hiperfelületet beágyazott Riemann-sokaságágnak tekintenénk. Összevetve a görbületre vonatkozó képletekkel, azt kapjuk, hogy R ijkl = b il b jk b ik b jl. Ha e 1,..., e n 1 egy olyan bázis mint előírva, akkor az első és második alapforma felírása 1 κ 1 1 G = [g ij ] =..., B = [b κ ij] =.... 1 κn 1 Így i j esetén R ijji = κ i κ j, másrészt g ii g jj gij = 1. Ezért az e i, e j által generált síkhoz tartozó szekcionális görbület K ij = κ i κ j. Sf. 1.: Ha Q egy bilineáris forma a V vektortéren, akkor definiáljuk Q Q bilineáris formát a V V vektortéren úgy, hogy [ ] Qv1, w Q Qv 1 v, w 1 w = det 1 Qv 1, w Qv, w 1 Qv, w legyen. a Bizonyítsuk be, hogy Q rangja 3 pontosan akkor, ha Q Q rangja 3.

011/1 I. félév b Bizonyítsuk be, hogy ha V egy valós vektortér, és a rang 3 feltétel teljesül, akkor Q Q-ból Q meghatározható ±1 szorzó erejéig. r Megoldás. L. Gy. a Ha Q rangja r, akkor könnyen látható, hogy Q Q rangja. Ebből az állítás azonnal következik. b Először dim V = 3-ra látjuk be az állítást. Ha Q mátrixa az e 1, e, e 3 bázisban Q, akkor Q Q mátrixa az e e 3, e 1 e 3, e 1 e bázisban Q = adj Q, azaz az adjungált mátrix transzponáltja. Ekkor det Q = det Q, így det Q = ± det Q meghatározható előjel erejéig, és nemnulla, ha Q nem-elfajuló. Így Q = adj adj Q det Q adj Q = ± det Q alapján Q visszanyerhető előjel erejéig. Ha dim V > 3, akkor veszünk egy V 3 V 3-dimenziós alteret, melyre Q V3 nem-elfajuló. Ezen rögzítsük le Q-t két eset valamelyike. Ezután V 3 kis folytonos elmozgatásaival azt kapjuk, hogy V 3 \ {0} egy kis környezetében is ismert lesz Q. Ekkor a megfelelő polarizációs formulák vagy kvadratikus folyatás segítsével azt kapjuk, hogy Q az egész V -n ismert. Sf..: Tegyük fel, hogy egy euklideszi tér egy hiperfelületének egy adott pontban vett második alapformája és/vagy görbületi tenzora mint szimmetrikus forma T p M-en legalább 3 rangú. Bizonyítsuk be, hogy a hiperfelületnek az adott pontban vett második alapformája ±1 szorzótól eltekintve belső invariáns, vagyis a hiperfelület Riemann-metrikájának azaz első alapformájának ismeretében meghatározható. Az ±1 szorzót azért nem tudjuk elkerülni, mert az N egységnormális mezőt N-re cserélve az második alapforma 1-gyel szorzódik. Megoldás. L. Gy. A Gauss-egyenletek pont azt mondják ki, hogy megfelelő kanonikus tenzorazonosításokat elvégezve R B B, ahol R a görbületi tenzor, és B a második alapforma. Az előző feladat szerint ekkor R-ből B rekonstruálható ±1 szorzó erejéig. 3-9: Tegyük fel, hogy egy euklideszi tér egy hiperfelületének egy adott pontban vett második alapformája és/vagy görbületi tenzora mint szimmetrikus forma T p M-en legalább 3 rangú. Bizonyítsuk be, hogy a hiperfelületnek az adott pontban vett főgörbületeinek halmaza közös előjelváltástól eltekintve belső invariáns, vagyis a hiperfelület Riemann-metrikájának azaz első alapformájának ismeretében meghatározható. Az előjelváltást azért nem tudjuk elkerülni, mert az N egységnormális mezőt N-re cserélve a főgörbületek előjelet váltanak. Megoldás. L. Gy. Ez az előző segédfeladat egy direkt következménye.