測地線座標パッチマッピングとクリストッフェル記号
📂幾何学測地線座標パッチマッピングとクリストッフェル記号
定理
[gij]=[100h2](h>0)
つまり、xのクリストッフェル記号は以下の通りで、下記のもの以外はすべて0だ。
Γ221=−hh1,Γ122=Γ212=hh1,Γ222=hh2
この時、(u1,u2)はUの座標であり、hi=∂ui∂hである。
証明
証明に先立って、必要な計算を行おう。g11=⟨x1,x1⟩=1なので、
∂ui∂g11=∂ui∂⟨x1,x1⟩=2⟨x1i,x1⟩=0
⟹⟨x11,x1⟩=0 and ⟨x12,x1⟩=0(1)
同様にg12=⟨x1,x2⟩=0なので、
∂ui∂g12=∂ui∂⟨x1,x2⟩=⟨x1i,x2⟩+⟨x1,x2i⟩=0
ここでi=1の場合を見ると、⟨x11,x2⟩+⟨x1,x21⟩=0で、(1)によって⟨x11,x2⟩=0になる。i=2の場合は、
⟨x12,x2⟩+⟨x1,x22⟩=0(2)
また、h=g22=⟨x2,x2⟩なので、
hi=∂ui∂h=∂ui∂⟨x2,x2⟩=2⟨x2,x2⟩12⟨x2i,x2⟩=h1⟨x2i,x2⟩
⟹⟨x21,x2⟩=hh1 and ⟨x22,x2⟩=hh2(3)
クリストッフェル記号
Γijk:=l=1∑2⟨xij,xl⟩glk
今、上で計算したものをクリストッフェル記号の定義に代入するだけで結果が得られる。
Γ111=⟨x11,x1⟩g11+⟨x11,x2⟩g21=0⋅1+0⋅0=0
Γ121=Γ211=⟨x12,x1⟩g11+⟨x12,x2⟩g21=0⋅1+⟨x12,x2⟩⋅0=0
Γ221=⟨x22,x1⟩g11+⟨x22,x2⟩g21=⟨x22,x1⟩⋅1+⟨x22,x2⟩⋅0=⟨x22,x1⟩=−⟨x12,x2⟩=−hh1 by (2) by (3)
Γ112=⟨x11,x1⟩g12+⟨x11,x2⟩g22=0⋅0+0⋅h21=0
Γ122=Γ212=⟨x12,x1⟩g12+⟨x12,x2⟩g22=0⋅0+hh1⋅h21=hh1
Γ222=⟨x22,x1⟩g12+⟨x22,x2⟩g22=⟨x22,x1⟩⋅0+hh2⋅h21=hh2
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