Tensorproduct

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

In de lineaire algebra is het tensorproduct een mechanisme om twee vectorruimten te combineren tot een nieuwe vectorruimte. De nieuwe vectorruimte biedt op natuurlijke wijze een domein aan willekeurige bilineaire afbeeldingen die uitgaan van het cartesisch product van de twee vectorruimten.

Alle betrokken vectorruimten hebben hetzelfde scalairen-lichaam.

Voorbeeld[bewerken]


  \begin{bmatrix} 
    a_{11} & a_{12} \\ 
    a_{21} & a_{22} \\ 
  \end{bmatrix}
\otimes
  \begin{bmatrix} 
    b_{11} & b_{12} \\ 
    b_{21} & b_{22} \\ 
  \end{bmatrix}
=
  \begin{bmatrix} 
    a_{11}  \begin{bmatrix} 
              b_{11} & b_{12} \\ 
              b_{21} & b_{22} \\ 
            \end{bmatrix} & a_{12}  \begin{bmatrix} 
                                      b_{11} & b_{12} \\ 
                                      b_{21} & b_{22} \\ 
                                    \end{bmatrix} \\ 
     & \\
    a_{21}  \begin{bmatrix} 
              b_{11} & b_{12} \\ 
              b_{21} & b_{22} \\ 
            \end{bmatrix} & a_{22}  \begin{bmatrix} 
                                      b_{11} & b_{12} \\ 
                                      b_{21} & b_{22} \\ 
                                    \end{bmatrix} \\ 
  \end{bmatrix}
=
  \begin{bmatrix} 
    a_{11} b_{11} & a_{11} b_{12} & a_{12} b_{11} & a_{12} b_{12} \\ 
    a_{11} b_{21} & a_{11} b_{22} & a_{12} b_{21} & a_{12} b_{22} \\ 
    a_{21} b_{11} & a_{21} b_{12} & a_{22} b_{11} & a_{22} b_{12} \\ 
    a_{21} b_{21} & a_{21} b_{22} & a_{22} b_{21} & a_{22} b_{22} \\ 
  \end{bmatrix}

Definitie[bewerken]

Laat V en W twee vectorruimten over hetzelfde lichaam (Ned) / veld (Be) K zijn en E=\{e_a|a=1,2,\ldots\} en F=\{f_b|b=1,2,\ldots\} respectievelijk bases van deze ruimten. De vectorruimte U over K heet het tensorproduct van V en W, genoteerd

V\otimes W,

of uitdrukkelijker

V\otimes_K W,

als er in U een basis is die een-eenduidig geïdentificeerd kan worden met het cartesich product E\times F van beide bases. Het element dat overeenkomt met (e_a,f_b) wordt formeel genoteerd als

e_a\otimes f_b

en heet tensorproduct van de beide basisvectoren. Deze tensorproducten vormen een nieuw soort elementen, die op formele wijze een combinatie zijn van de basisvectoren.

Het is nu mogelijk ook voor twee vectoren hun tensorproduct te definiëren. Voor de vectoren

v=v^1e_1+v^2e_2+\ldots\in V en w=w^1f_1+w^2f_2+\ldots\in W

is hun tensorproduct gedefinieerd door:

v\otimes w=\sum_{ab}v^aw^b\ e_a\otimes f_b.

NB. De notatie met bovenindices voor de coördinaten is in de tensorrekening gebruikelijk.

De elementen van de vorm v\otimes w brengen de vectorruimte V\otimes W voort.

Voor eindigdimensionale vectorruimten geldt:

\dim V\otimes W=\dim V\cdot\dim W

Dit in tegenstelling tot het cartesisch product van vectorruimten, waarvoor geldt:

\dim V\times W=\dim V+\dim W.

In de natuurkunde, en dan vooral in de analytische mechanica en de relativiteitstheorie, wordt veelvuldig gebruikgemaakt van tensoren. Het daar gehanteerde tensorbegrip komt overeen met het hierboven geschetste begrip, toegepast op een eindig aantal exemplaren van de raakbundel TM (en zijn duaal, de co-rakende bundel T^{*}M) van een Riemann-variëteit M. In die context is een tensor van rang n een sectie van het tensorproduct van n dergelijke bundels. De coördinaten van een dergelijke sectie worden gegeven door een stel van

\dim M=\dim TM=\dim T^{*}M^n

functies die aan bepaalde transformatiewetten voldoen bij overgang naar een ander stel basisvectoren. Het onderscheid tussen "covariant" en "contravariant" slaat dan op het onderscheid tussen de rakende bundel en de co-rakende bundel.

Er bestaat een veralgemening van het tensorproduct tot willekeurige modulen over een commutatieve ring R.

Het universeel object dat canoniek alle n-voudige tensorproducten van een vectorruimte V met zichzelf omvat voor

n=0,1,2,\ldots,

noemt men de universele algebra of tensoralgebra over V.