張量與多重線性代數

外冪

第 k 個外冪 Lambda^k V 是反對稱 k 張量的空間——所有楔積 v1 ^ ... ^ vk 的張成。其元素稱為 k 向量,它們編碼有向的 k 維內容:Lambda^1 V 是 V(方向),Lambda^2 V 是有向平面元,Lambda^3 V 是有向體積元,依此類推。

其維數是二項式係數:當 dim V = n 時,dim Lambda^k V = (n choose k)。一組基由楔積 e_{i1} ^ ... ^ e_{ik} 給出,取遍嚴格遞增的指標集 i1 < ... < ik,於是你在數 n 元基的 k 元子集。這就是為何當 k 從 0 跑到 n 時,外冪先增後減。

頂層外冪 Lambda^n V 很特殊:它是一維的,因為唯一長度為 n 的嚴格遞增指標集就是整組基。線性映射 T : V -> V 在這條線上誘導出映射 Lambda^n T,它不過是乘以一個純量,而這個純量恰好就是 det T。所以行列式並非公式上的偶然;它就是 T 在一維頂層外冪上的作用。

更一般地,Lambda^k T 作用在 Lambda^k V 上,在一組基下其矩陣元就是 T 的 k 階子式。這把整族子式打包起來,而 Lambda^k T 的特徵值是 T 的 k 個不同特徵值之積——這是通往諸如「det 是特徵值之積」以及特徵多項式各係數等事實的最乾淨路徑。

Lambda^n T (e1 ^ ... ^ en) = det(T) * (e1 ^ ... ^ en), dim Lambda^n V = 1

在一維頂層外冪上,映射的作用就是乘以它的行列式。

二項式的對稱性使 Lambda^k V 與 Lambda^(n-k) V 維數相同;一旦有了內積與定向,Hodge 星算子便把它變成一個實在的同構。這正是「R^3 中的一個平面」與「它的法線方向」攜帶相同資訊的原因。

又稱
Lambda^k Vk-th exterior powerk-vectors