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克利福德代數

鎖定
克利福德代數(Clifford algebra),又稱幾何代數(Geometric algebra),綜合了內積和外積兩種運算,是複數代數、四元數代數和外代數的推廣,在幾何和物理中有應用廣泛。
克利福德是英國數學家。生於埃克塞特(Exeter),卒於馬德拉(M-adeira)1860年在倫敦國王學院就學,三年後入劍橋三一學院。1867年榮獲史密斯數學獎。 [1] 
中文名
克利福德代數
外文名
Clifford algebra
所屬學科
復幾何
別    名
幾何代數
提出者
克利福德
推廣者
Hestenes
類    型
數學術語

克利福德代數簡介

設V是特徵不為2的K上的線性空間,Q是V上的一個二次型,T(V)是V上的張量代數。若I是T(V)中下列形式的元素生成的理想
商代數Cl(V,Q)=T(V)/I稱為關於二次型Q的一個克利福德代數 [6] 

克利福德代數泛性質

若f是V到一個K上代數A的代數同態,使得
f(v)²=-Q(v)1,v∈V,
則存在C(V,Q)到A惟一的代數同態g使得如圖交換。

克利福德代數性質

當dim V=n時,dim C(V,Q)=2。當Q=0時,C(V,Q)即為V上的外代數。因此,克利福德代數是外代數的推廣。實數域上的複數全體,四元數全體都構成克利福德代數。 [2] 
其元素為u-=u+KQ,u∈T(V)。由於T(V)是由V生成的,所以V到C(V,Q)的自然映射i:x→x-=x+KQ,x∈V,使得i(V)就生成Cl(V,Q).事實上,若:
dim V=n,
且u1,u2,…,un為V的基,則u-i1,u-i2,…u-ir(i1<i2<…<ir, 1<r≤n)生成F上向量空間C(V,Q)。從而
dim Cl(V,Q)≤n².
特別地,若n=2且B(x,y)是非退化的,則C(V,Q)是四元數代數。

克利福德代數相關概念

設V的自同態α,滿足α(v)=-v,可擴張到Cl(V,Q)。由於α2=id,可定義
分次代數Cl(V,Q)=Cl0(V,Q)⊕Cl1(V,Q),使得兩個子空間分別為α的本徵空間 [6] 
Cl(V)的乘法單位羣為Cl×(V)。由V中滿足
的v生成的Cl×(V)的子羣為Pin(V)。Pin(V)與Cl0(V)的交為自旋羣Spin(V)。
Pin(V)包含了Cl(V)作為線性空間的基,故Cl(V)為包含Pin(V)的最小R代數。 [5] 

克利福德代數外代數

外代數亦稱格拉斯曼代數。各階反變張量空間的並構成的代數。用Λ(V)記形式和:
則Λ(V)是
維向量空間。設:
其中
。ξ與η的外積是:
則Λ(V)關於外積成為一個代數,稱為向量空間V的外代數或格拉斯曼代數
向量空間Λ(V)的基底是{1,ei,ei1∧ei2,…,e1∧…∧en}(1≤i≤n,1≤i1<i2≤n).
同樣,人們也有對偶空間V*的外代數:
的元素稱為向量空間上的r次外形式,它是V上反對稱r重線性函數。 [3] 

克利福德代數人物簡介

英國數學家。生於埃克塞特(Exeter),卒於馬德拉(M-adeira)1860年在倫敦國王學院就學,三年後入劍橋三一學院。1867年榮獲史密斯數學獎。第二年當選為該校應用數學教授。1874年成為皇家學會會員。克利福德在數學和物理學中的影響都很大。他將黎曼等人的非歐幾何引入英國,並在有關四次方程、軌跡分類、黎曼曲面的拓撲結構等方面有獨到見解,還創設了一種具有特殊性質的二階曲面來研究曲面的幾何結構,被稱為“克利福德曲面”。這些成果對克萊因等人的工作有所幫助,也為相對論的建立提供了理論依據。在代數方面,克利福德繼哈密頓四元數之後,引入了新的超複數——八元數(biquaternion),並推廣為更一般的“克利福德代數”。

克利福德代數發展

克利福德代數Clifford algebra)的主要貢獻者有:Hamilton(四元數),Grassmann(外代數),Clifford,Hestenes等等。
Hestenes是克利福德代數的發揚光大者,Hestenes的主要著作有:
《Space-time algebra》(克利福德代數被引入到狹義相對論中)。
《Clifford Algebra to Geometric Calculus》(克利福德代數結合了微積分,成為更強大的數學工具)
《New Foundations for Classical Mechanics》(經典物理學用克利福德代數重新書寫)
還有一些將Clifford algebra應用於其他領域如廣義相對論量子力學量子場論射影幾何微分幾何、共形幾何等中的著作。 [4] 
參考資料
  • 1.    華秀英,劉文德. 兩個變元外代數上的齊次Rota-Baxter算子[J]. 黑龍江大學自然科學學報,2014,31(02):176-180+281. [2017-09-08]. DOI:10.13482/j.issn1001-7011.2014.01.227
  • 2.    華秀英,劉文德. 外代數上的Rota-Baxter算子[J]. 哈爾濱理工大學學報,2013,18(04):125-128. [2017-09-08]. DOI:10.15938/j.jhust.2013.04.002
  • 3.    萬前紅. 外代數上有線性週期自由分解的不可分解模的表示矩陣[J]. 數學理論與應用,2006,(04):29-32. [2017-09-08].
  • 4.    劉雪成. 克利福德代數與電動力學[J]. 自然雜誌,1989,(03):211-213. [2017-09-08].
  • 5.    John W. Morgan.塞伯格-威頓方程及其在光滑四流形拓撲中的應用:普林斯頓出版社,1996
  • 6.    H. Blaine Lawson, JR. Marie-Louise Michelsohn.自旋幾何:普林斯頓大學出版社,1989