多重線性代數與張量代數

外代數

外代數是當你規定『一個向量乘自身為零』時所得之物——這條規則刻畫了有向面積與體積的幾何。把重複方向壓成零,會迫使兩個因子交換時變號,於是乘積變得反對稱。它是行列式、微分形式以及有向 k 維體積概念背後的代數引擎。

給定 R-模 V,外代數 Λ(V) 是張量代數 T(V) 對由一切 v ⊗ v(v 屬於 V)生成的雙邊理想所作的商。誘導出的乘積用楔號 ∧ 表示,關係 v ∧ v = 0 迫使 v ∧ w = −w ∧ v。作為分次代數 Λ(V) = ⊕_{k≥0} Λ^k(V),其中 Λ^k(V) 由楔積 v_1 ∧ ... ∧ v_k 張成;這樣的楔積為零當且僅當這些向量線性相關。

若 V 的維數為 n,則 dim Λ^k(V) = C(n, k)(二項式係數),該代數有限維、總維數為 2^n,且當 k > n 時 Λ^k(V) = 0。頂層 Λ^n(V) 是一維的,線性映射在其上的作用就是乘以行列式。Λ^k(V) 的元素恰是交錯 k-張量,是反對稱多重線性形式的歸宿。

對帶基 e_1, e_2, e_3 的 V = R^3:Λ^0 = R,Λ^1 = V(維 3),Λ^2 由 e_1∧e_2、e_1∧e_3、e_2∧e_3 張成(維 3),Λ^3 由 e_1∧e_2∧e_3 張成(維 1);總和 1 + 3 + 3 + 1 = 8 = 2^3。

維數 1, 3, 3, 1 是帕斯卡三角的第 3 列,和為 2^3。

在特徵 2 中,必須用由 v ⊗ v 生成的理想、而非由 v ⊗ w + w ⊗ v 生成的理想來定義 Λ(V):當 2 不可逆時,關係 v ∧ v = 0 嚴格強於反對稱性,只有前者給出正確的外代數。

又稱
Grassmann algebra格拉斯曼代数格拉斯曼代數