伪标量

                     

贡献者: 叶月2_

预备知识 Clifford 代数

   注:本文参考 Jie Peter《代数学基础》

   几何代数 $\mathcal G(V,q)$ 有一个非常特殊的元素,通常称之为定向的体积元 (oriented volume element)或者体积形式(volume form),即某个标准正交基 $\{e_i\}$ 中的元素构成的积: $$\mathrm {vol:=e_1e_2e_3...e_n}~,$$ 该体积形式又可被叫作伪标量单位,称其平方的结果为伪标量。

   设 $\{e_i\}$ 和 $\{\theta_i\}$ 为线性空间 $V$ 中的两组标准正交基,且 $\theta_j=A^i_j e_i$,$A^i_j$ 是过渡矩阵的元素。那么由 Clifford 积的分配律,我们有:

\begin{equation} \begin{aligned} \theta_1\theta_2...\theta_n&=(A^{j_1}_1 e_{j_1})(A^{j_2}_2 e_{j_2})(A^{j_n}_n e_{j_n})\\ &=\sum_{\sigma\in S_n} sgn\sigma(A^{\sigma (1)}_1)e_1e_2...e_n\\ &=det A^i_je_1e_2...e_n~, \end{aligned} \end{equation}
该过渡矩阵是正交矩阵,因而体积元只相差正负号,可以表明在新的标准基下,体积的 “定向性” 是否发生改变。

   伪标量可能为正负 1,或 1,取决于该空间的二次型。如果二次型是退化的,那么 $I^2=0$。如果不是退化的,比如 $R^{s,t}$,我们有

\begin{equation} I^2=(-1)^{\frac{n(n-1}{2})+t}~, \end{equation}
其中,n 为该空间维度。$(-1)^{\frac{n(n-1)}{2}}$ 表示将 $I^2$ 重排的逆序数。比如从 $e_1e_2e_3e_1e_2e_3$ 到 $e_1e_1e_2e_2e_3e_3$。

   $I$ 可以用来构造新的代数,伪标量可以用来判断简单的代数同构。

例 1 

   $\mathcal G(\mathbb R^3)$ 的伪标量单位 $I=e_1e_2e_3,I^2=-1$。因而{1,I}可以张成子代数 $\mathbb C$。同理,$\mathcal G(\mathbb R^2)$ 的伪标量单位和 1 也能张成复数代数

例 2 

   给定几何代数 $\mathcal G(\mathbb R^{0,1})$,由于 $e_1^2=-1$。因而该代数就是复数代数。

例 3 

   可以建立从 $\mathcal G(\mathbb R^{0,2})$ 到四元数的同构。同构需要从单位元映射到单位元。此外,基之间的映射可以为:$e_1\mapsto i,e_2\mapsto j,e_1e_2\mapsto k$。或者是 $e_1\mapsto i,e_2 e_1\mapsto j,e_2\mapsto k$。可以验证该映射保代数同态。


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