Tensor Tutorial

Post on 30-Oct-2014

46 views 3 download

Tags:

Transcript of Tensor Tutorial

   SIMILAR workshop, June 2005

Tensor tutorial

SIMILAR workshop, 8­10 June 2005

Magnus HerberthsonDep. of Mathematics & Dep. of Biomedical Engineering

Linköping Universitye­mail: maher@mai.liu.se

   SIMILAR workshop, June 2005

Tensor tutorial• What is a tensor?• What are tensors good for/examples?• Vector spaces, linear mappings• Change of basis• Dual vectors, dual space• The metric/scalar product, (& the determinant)• Tensors• Examples • Differentiation

   SIMILAR workshop, June 2005

What is a tensor?What is a vector?What is a linear mapping?

(Or rather, how doyou view these?)

Several opinions/viewpoints. My opinion: A mapping, a geometric object. Not a bunch of numbers.

N.B. ­ notation        ­ tensors at a point ~ tensor fields        ­ vector space, affine space, point space

   SIMILAR workshop, June 2005

What are they good for?Tensors describe physical properties of/in­ mechanics (stress tensor, strain tensor)­ vector calculus (vector fields)­ medicin (wait and see...)­ electromagnetism (Maxwell tensor, EM­field)­ relativity (curvature of space­time)­ ...

   SIMILAR workshop, June 2005

What is a vector?Example: a vector in the plane (with origin). Is it a, b or c?

(My choice is c.)

   SIMILAR workshop, June 2005

What about a)?

x

y

1

p

q

1

2

p

q

2

   SIMILAR workshop, June 2005

Vector spaces (over R)

uv

u+v

­3/2 u

   SIMILAR workshop, June 2005

A picture

(What is this box for?)

• The elements are vectors• No basis: no coordinates• Beware: Rn is special

   (why?)

N.B.vector space ~ affine space ~ point space

   SIMILAR workshop, June 2005

Notation, a remark

   SIMILAR workshop, June 2005

An example

   SIMILAR workshop, June 2005

Linear mappings

V W

   SIMILAR workshop, June 2005

The matrix of a mapping (given a basis)V W

   SIMILAR workshop, June 2005

Change of basis?

w2w1

v2

v1 x1v1

x2v2

y1w1

y2w2u

   SIMILAR workshop, June 2005

What happens to the coordinates of u?

   SIMILAR workshop, June 2005

What happens to the matrix       ?

   SIMILAR workshop, June 2005

Gradient & scalar product as a mapping

   SIMILAR workshop, June 2005

The dual space

Ex. condensator:Potential V1

Potential V0Origin

   SIMILAR workshop, June 2005

How do we draw dual vectors?

Do you see that

   SIMILAR workshop, June 2005

An observation

   SIMILAR workshop, June 2005

The dual basis (cf. reciprocal basis)

(dual)

(reciprocal)

   SIMILAR workshop, June 2005

The dimension of V*

   SIMILAR workshop, June 2005

Coordinates, example

   SIMILAR workshop, June 2005

What happens to the coordinates of ω?

   SIMILAR workshop, June 2005

The metric, scalar productu v

θ

   SIMILAR workshop, June 2005

An observation

   SIMILAR workshop, June 2005

The components of g (what basis?)

   SIMILAR workshop, June 2005

The components of g (what basis?) II

   SIMILAR workshop, June 2005

Components of g, III

   SIMILAR workshop, June 2005

Another example

   SIMILAR workshop, June 2005

Another example II

   SIMILAR workshop, June 2005

But then....

   SIMILAR workshop, June 2005

Drawing the metric g

gu

v

g(u,  ).

   SIMILAR workshop, June 2005

One definition of a tensor

   SIMILAR workshop, June 2005

Remember our list:• Tensors describe physical properties of/in• mechanics (stress tensor, strain tensor)• vector calculus (vector fields)• medicin (wait and see...)• electromagnetism (Maxwell tensor, EM­

field)• relativity (curvature of space­time)•  ....

   SIMILAR workshop, June 2005

Some remarks• Have not talked so much of the basis • More can be said about notation• Tensors a point ­> tensor fields• Transformation properties of components

will follow• Differentiation of tensor fields, in particular

covariant derivative

   SIMILAR workshop, June 2005

A word on covariant derivative

A covector. Components.

   SIMILAR workshop, June 2005

Covariant derivative

   SIMILAR workshop, June 2005

Covariant derivative,II

That’sall fornow.