用户: Solution/ 习题: 陈维桓 微分流形/第一章 预备知识

9.

(1) 代入 即可.

(2) .

11.

(1) .

(2) 由 均可逆得 .

(3) 完全同理. 将曲纹坐标系看成坐标变换即可, 此时的坐标变换函数为曲纹坐标变换所对应的 Jacobi 矩阵.

12.

只需证明在所给区域 即可.

写出行列式并消去第一行并使用数学归纳法能够证明 (具体过程可参考大多数数学分析教材) , 所以 .

17.

是线性变换是显然的.
要证明与基底选取无关, 只需取另一组基底 , 验证这两组基底下的计算结果一致即可. 设另一组基底为 , 则 , 其中 , 那么 (已省略对 求和)

18.

一方面, 对于每一个 重线性映射 , 可以定义 ;

另一方面, 对于每一个 型张量 , 可以定义 . 类似于上一题, 由 的线性型可知 的定义与基底选取无关.

20.

的两个线性无关的向量 , 的两个线性无关的向量 , 均在此集合中, 但 并不在其中. 这是因为对于 , 的系数构成的矩阵 的秩为 , 而 的系数的矩阵 的秩为 .

21.

为另一组基底, 且在 基底下, 的表示矩阵为 , 其中 的逆矩阵, 则

只需对 型张量 缩并三次即可表示出 .

22.

, 因为 .

23.

不存在. 因为该张量无法缩并.

事实上, 任取一个基变换, 容易发现该张量一定与基选取有关.

24.

25.

(1) 由 容易得到 对称; 另一方面, 当 对称时, 有 .

(2) 由 容易得到 反对称; 另一方面, 当 对称时, 有 .

26.

为二阶张量上的对换, 取 . 则 分别为对称与反对称张量.

27.

通过列举 中元素并利用 给定性质, 可计算得 . 由 的反对称性可推知 反对称.

同时, 取任意 , 由 得到 .

28.

任取 , 由条件知 , 化简即得 , 即 .

29.

取定一组基 . 根据题目条件, 取 可得 , 从而可得 反对称.

30.

, 则对任意 , 从第 28 题可得 反对称, 但 又对称, 因而 , 从而 .

31.

仅需依据行列式的逆序数定义对于 是不是 的置换分别进行讨论即可, 此不赘述.

32.

(1)

(2) 所求即为 个数中任取 个的排列, 从而 .

33.

对于任意的 因此

34.

构造 型张量 取定 的一组基 和对偶基 , 则 在这组基下的分量

35.

不能, 因为该分量不是协变的. 事实上, 任取一个基变换, 容易发现该张量一定与基选取有关.

36.

是另一组基, 满足 . 设 在基 下的表示矩阵, 则 . 其中 的逆矩阵. 在基底 下计算得

37.

见 P40,41.

38.

是另一组基和对偶基. 设 , 则 , 其中 的逆矩阵. 那么

39.

这是第 43 题的特殊情况.

41.

由第 37 题, .

, 则

42.

43.

其中 , 故 , 代入即证.

44.

(1)

易证.

(2)

45.

(1)

易证.

(2)

46.

由第 44、45 题, 即证.

47.

(1)(2) 我们直接证明 (2) 的 的情形.
显然成立. 对 归纳: 假设 已成立, 对于 中的 次外形式 不全为 , 的一组基.
考虑 , 则
易见存在 使得 .
即存在 使得 .
由定理 5.8 (P43) , 存在 使得 .
注意到存在 使得 ,
考虑 的投影 , 可见 .
由归纳假设, 可分解, 于是 可分解.

(3) 当 不可分解,
否则存在 使得 ,
展开得 , 矛盾.

48.

的基底为 , 次外形式 可表为

假定 不全为 , 不妨设 , 于是
其中 .

不全为零, 不妨设 , 继续上面的过程. 因 是有限数, 故上述步骤必在有限步之后终止, 即 可表成易见 是线性无关的 次形式.
可得 , 由 为高于 次的外形式得 , 所以 只与 有关.

Remark: 可以直接通过反对称二次型的合同标准型说明.

49.

(1) 对称性和双线性是显然的.
由于 为内积的 Gram 矩阵, 于是正定性成立.
(2)

50.

(1) 注意到映射 为交错多线性映射,
的泛性质, 诱导了 .

(2)

(3)