张量及应用

证明：
Ail Aim Ain
A11 A12 A13
Ajl Ajm Ajn ei e jk lmn A21 A22 A23
Akl Ak m Ak n
A31 A32 A33
指标任意排列，经过行列调 整总可用右边表示，两个置 换符号分别反映行、列调换 及指标重复时的正、负及零
令 Ai j i j
即得（ i ），将（ i ）作相应的指标替换， 展开化简，将得其余三式。
二维置换符号 e (, 1, 2)
从三维退化得到
e ei j3 e 3
其中
e11 e22 0, e12 e21 1
例如： e123 e231 e312 1 e321 e213 e132 1 e111 e121 e232 0
可见：
ei jk ejki eki j ejik eik j ek ji
ei jk 也称为三维空间的排列符号。
若 e1, e2 , e3 是右手卡氏直角坐标系的单位基矢量
333
三重求和（27项） S
aijk xi xjxk aijk xi xjxk
i1 j1 k1
1.1.2 自由指标
例如
xi aij xj
指标 i 在方程的各项中只出现一次，称之为自由指标。
一个自由指标每次可取整数1, 3, …, n，与哑标一样，无 特别说明总取n=3。于是，上式表示3个方程的缩写：
每逢某个指标在一项中重复一次，就表示对该指标求和， 指标取遍正数1，2，…，n。这样重复的指标称为哑标。
于是
or
or
S ai xi ajxj ak xk
n
a b x i i i 是违约的，求和时要保留求和号 aibi xi i1
n 表示空间的维数，以后无特别说明，我们总取n=3。 例题
ai xi a1x1 a2 x2 a3x3 bjj b11 b22 b33
cmem c1e1 c2e2 c3e3
双重求和
33
S
aij xi xj
i1 j1
简写成
S aij xi xj
展开式（9项）
S a11x1x1 a12 x1x2 a13x1x3
a21x2 x1 a22 x2 x2 a23x2 x3
a31x1x1 a32 x1x2 a33x1x3
……
C33 A3k B3k A31B31 A32 B32 A33B33
例外：
R1 C1E1
R2 C2E2
Ri Ci Ei Ci Ei
R3 C3E3
这里 i 相当于一个自由指 标，而 i 只是在数值上等 于 i，并不与 i 求和。
规定：出现双重指标但不求和时，在指标下方加划线 以示区别，或用文字说明（如i不求和）。
定一单位矩阵：
11 12 13 1 0 0
21
22
23
0
1
0
31 32 33 0 0 1
若 e1, e2 , e3 是相互垂直的单位矢量，则
ei e j i j ，但
ei ei e1 e1 e2 e2 e3 e3 3
而 ii 11 22 33 3 ，故 ei ei ii
张量分析及其应用
第一章 张量代数 第二章 张量分析 第三章 张量应用
第一章 张量代数
1.1 指标记法 1.1.1 求和约定、哑指标
S a1x1 a2 x2 an xn
n
n
n
ai xi ajxj ak xk
i1
j1
k 1
显然，指标 i, j, k 与求和无关，可用任意字母代替。
为简化表达式，引入Einstein求和约定：
注意： ii 是一个数值，即 ii 3
i j 的作用：1）换指标；2）选择求和。
例1： Ai Ak
ki Ai k k Ak Ak
思路：把要被替换的指标 i 变成哑标，哑标能 用任意字母，因此可用变换后的字母 k 表示
例2： Tk j Ti j
ikTk j i iTij Tij
x1 a11x1 a12 x2 a13x3 x2 a21x1 a22 x2 a23x3 x3 a31x1 a32 x2 a33x3
ei Aije j i 为自由指标，j 为哑标
表示
e1 A11e1 A12e2 A13e3 e2 A21e1 A22e2 A23e3 e3 A31e1 A32e2 A33e3
ei Aije j i 为自由指标，j 为哑标
表示
e1 A11e1 A12e2 A13e3 e2 A21e1 A22e2 A23e3 e3 A31e1 A32e2 A33e3
Cij Aik Bjk
表示9个方程：
i ，j为自由指标，k 为哑标
C11 A1k B1k A11B11 A12B12 A13B13 C12 A1k B2k A11B21 A12 B22 A13B23 C13 A1k B3k A11B31 A12B32 A13B33 C21 A2k B1k A21B11 A22 B12 A23B13
则
ei e j ei jkek
常见的恒等式
il im in ( i ) ei jkelmn jl jm jn
kl km kn
( ii ) ei jkelmk il jm im jl ( iii ) ei jkel jk 2 il
( iv ) ei jkei jk 6 3!
特别地，Hale Waihona Puke Baidu
ik k j ij , ik k j jm im
例3： Ami Bn j , 34 81 个数， 求 m n 项的和。
mn Ami Bn j Ani Bn j Ami Bm j
1.3 置换符号
1, ei jk 1,
0,
i, j, k, 为1，2，3的偶排列 i, j, k, 为1，2，3的奇排列 i, j, k, 不是1，2，3的排列
又如，方程
12
2 2
32
111
2 22
333
用指标法表示，可写成
i i i ii i ii i ii
i 不参与求和，只在数值上等于 i
1.2 Kronecker 符号
在卡氏直角坐标系下，Kronecker 符号定义为：
ij
1, 0,
i j i j
其中 i，j 为自由指标，取遍1，2，3；因此， ij 可确