多重線性代數與張量代數

楔積

楔積是一種記住定向、拒絕重複的乘法。把兩個向量做楔積,得到它們張成的有向平行四邊形;交換順序會翻轉定向與符號,而一個向量與自身楔積為零,因為退化的平行四邊形沒有面積。它正是驅動外代數與有向體積計算的乘積。

形式地說,∧ 是外代數 Λ(V) 的乘法,由張量代數中的拼接在施加 v ∧ v = 0 後繼承而來。定義性的恆等式有:對每個口的雙線性、反對稱性 v ∧ w = −w ∧ v,以及更一般的分次交換律:若 α 次數為 p、β 次數為 q,則 α ∧ β = (−1)^{pq} β ∧ α。一個 p-形式與一個 q-形式的楔積落在 p + q 次。

楔積 v_1 ∧ ... ∧ v_k 為零當且僅當 v_1、…、v_k 線性相關,故非零的可分解楔積對應於帶定向與尺度的 k 維子空間——這正是普呂克座標與格拉斯曼流形所利用的幾何內涵。楔積也是微分形式演算的基石,並是行列式背後的運算。

在 R^2 中,(a e_1 + b e_2) ∧ (c e_1 + d e_2) = (ad − bc) e_1 ∧ e_2,因為 e_1 ∧ e_1 = e_2 ∧ e_2 = 0 且 e_2 ∧ e_1 = −e_1 ∧ e_2。係數 ad − bc 恰是 2 × 2 行列式——有向面積。

兩個平面向量的楔積讀出行列式 ad − bc。

又稱
exterior product外积外積