Up 座標の接続 作成: 2018-01-11
更新: 2018-03-08


    ここでは,つぎのことを調べる:
      「<地図を接ぐ>において,曲線座標はどのよう変化していくか」


    \( \phi_P\) の上で,ベクトル \( {\bf A} \) を \( P\) から \( P'\) に平行移動する:
    \( \phi_{P'}\) に \( \phi_P\) を読み込む:
    つぎのように記号をふる:


    この平行移動を連続の相で見る。

    即ち,\( \phi_{P'}\) の \(x^i\) 座標の基底 \( {\bf e}\) を \[ {\bf e}({\bf x}) = \{ {\bf e}_1({\bf x}), \,\cdots ,\, {\bf e}_n({\bf x}) \} \] と見る。
    ベクトル \({\bf a}\) を \({\bf a}({\bf x})\) と見る。
    そして,\({\bf a}({\bf x})\) を,\(d{\bf x}\) だけ平行移動する。

    その移動先の点 \( P''\) の地図 \( \phi_{P''}\) を開いて,\( \phi_{P'}\) を読み込む。
    \(x^i\) 座標の基底を \[ {\bf e}({\bf x}+ d{\bf x}) = \{ {\bf e}_1({\bf x}+ d{\bf x}), \,\cdots ,\, {\bf e}_n({\bf x}+ d{\bf x}) \} \] と見る。
    そして,\({\bf a}({\bf x})\) の像を,\({\bf a}({\bf x}+ d{\bf x})\) と見る。


    この設定で,「\(d{\bf x}\) に対する \({\bf a}({\bf x})\) の座標の変化」を考える。

    「\(d{\bf x}\) に対する \({\bf a}({\bf x})\) の座標の変化」は,つぎのものを考える: \[ da_i({\bf x}) = a_i({\bf x}+ d{\bf x}) - a_i({\bf x}) \\ \qquad a_i({\bf x}) = {\bf a}({\bf x}) \cdot {\bf e}_i({\bf x}) \\ \qquad a_i({\bf x}+ d{\bf x}) = {\bf a}({\bf x}) \cdot {\bf e}_i({\bf x}+ d{\bf x}) \\ \qquad \qquad \qquad ( i = 1, \cdots, n ) \]
      Cf. \( {\bf a}({\bf x}+ d{\bf x}) \cdot {\bf e}_i({\bf x}+ d{\bf x}) = {\bf a}({\bf x}) \cdot {\bf e}_i({\bf x}) \)

    ここで,座標の表記が添字を下付けにした「\(a_i\)」なのは, 「共変座標」だからである。 ( 「共変座標」)


    \( da_i({\bf x}) \) を計算する: \[ \begin{align*} d a_i({\bf x}) &= {\bf a}({\bf x}) \cdot {\bf e}_i({\bf x}+ d{\bf x}) - a_i({\bf x}) \\ &= {\bf a}({\bf x}) \cdot {\bf e}_i({\bf x}+ d{\bf x}) - {\bf a}({\bf x}) \cdot {\bf e}_i({\bf x}) \\ &= {\bf a}({\bf x}) \cdot \left( {\bf e}_i({\bf x}+ d{\bf x}) - {\bf e}_i({\bf x}) \right) \\ &= {\bf a}({\bf x}) \cdot d{\bf e}_i({\bf x}) \\ &= {\bf a}({\bf x}) \cdot \left( \sum_m \sum_j \Gamma^j_{im} {\bf e}_j({\bf x}) \ dX^m \right) \\ &= \sum_m \sum_j \Gamma^j_{im} \left( {\bf a}({\bf x}) \cdot {\bf e}_j({\bf x}) \right) dX^m \\ &= \sum_m \sum_j \Gamma^j_{im}\, a_j({\bf x})\ dX^m \end{align*} \]     ( 「基底の接続」)

    まとめ \[ a_i({\bf x}+ d{\bf x}) = a_i({\bf x}) + \sum_m \sum_j \Gamma^j_{im}\, a_j({\bf x})\ dX^m \]