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測地線座標変換 📂幾何学

測地線座標変換

定理1

MMを曲面とし、α:[a,b]M\alpha : [a,b] \to M閉じていない単純正則曲線とする。すると、α\alphaに沿った測地線座標チャートx\mathbf{x}が曲面MMに存在する。

性質

測地座標チャートx\mathbf{x}のメトリック係数を[gij]=[100h2]\left[ g_{ij} \right] = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & h^{2} \end{bmatrix}とする。(h>0h \gt 0)

g=det([gij])=h2=g22 g = \det(\left[ g_{ij} \right]) = h^{2} = g_{22}

クリストッフェル記号

x\mathbf{x}クリストッフェル記号以下の通りで、それ以外は全て00である。

Γ221=hh1,Γ122=Γ212=h1h,Γ222=h2h \Gamma_{22}^{1} = -hh_{1},\quad \Gamma_{12}^{2} = \Gamma_{21}^{2} = \dfrac{h_{1}}{h},\quad \Gamma_{22}^{2} = \dfrac{h_{2}}{h}

この場合、(u1,u2)(u^{1}, u^{2})UUの座標であり、hi=huih_{i} = \dfrac{\partial h}{\partial u^{i}}である。

ガウス曲率

ガウス曲率K=h11hK = -\dfrac{h_{11}}{h}である。


  1. Richard S. Millman and George D. Parker, Elements of Differential Geometry (1977), p176 ↩︎