克利福德代數

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,在幾何和物理中有套用廣泛。 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。

簡介

克利福德代數是外代數的推廣。設V是特徵不為2的域K上的向量空間,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:

克利福德代數 克利福德代數

則商代數C(V,Q)=T(V)/I稱為關於二次型Q的一個克利福德代數。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。

詳細定義

克利福德代數是由二次型定義的一類代數。它對研究二次型、正交群和多複變函數有重要作用。域F上有限維向量空間V上二次型Q,它是V到F的一個映射:x→Q(x),x∈V,滿足:

1.Q(αx)=α²Q(x) (α∈F,x∈V).

2.B(x,y)=Q(x+y)-Q(x)-Q(y),是雙線性的,也是對稱的.

若V為t個V的張量積:VV…V,V=F,則

克利福德代數 克利福德代數
克利福德代數 克利福德代數

T(V)= V

克利福德代數 克利福德代數

是V的張量代數。由一切元 生成T(V)的一個理想K,其商代數:

C(V,Q)=T(V)/K

稱為二次型Q的克利福德代數。其元素為u-=u+K,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+K,x∈V,使得i(V)就生成C(V,Q).事實上,若:

dim V=n,

且u,u,…,u為V的基,則u-,u-,…u-(i<i<…<i, 1<r≤n)生成F上向量空間C(V,Q)。從而

dim C(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。克利福德代數具有泛性質:若f是V到一個代數A的線性映射,使得:

克利福德代數 克利福德代數

f(x)²=Q(x)1, x∈V,

則存在C(V,Q)到A惟一的代數同態g使得如圖交換。

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:

克利福德代數 克利福德代數
克利福德代數 克利福德代數

則Λ(V)是維向量空間。設:

克利福德代數 克利福德代數
克利福德代數 克利福德代數

其中。ξ與η的外積是:

克利福德代數 克利福德代數

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,e,e∧e,…,e∧…∧e}(1≤i≤n,1≤i<i≤n).

同樣,人們也有對偶空間V*的外代數:

克利福德代數 克利福德代數
克利福德代數 克利福德代數

的元素稱為向量空間上的r次外形式,它是V上反對稱r重線性函式。

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。第二年當選為該校套用數學教授。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,克利福德繼哈密頓的四元數之後,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”。

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套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。

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