对偶空间与对偶性

协变与逆变

换基时,向量与泛函的变换方式并不相同,这两个词就命名了这两种模式。普通向量的分量逆变变换——与基相反——而泛函(余向量)的分量协变变换——与对偶基同向。要点在于它们朝相反方向移动,从而它们之间的配对保持不变。

说具体些。设新基向量是旧基向量经矩阵 P 组合而成(新者用旧者表示)。那么向量的坐标按 P^-1 变化(逆变:若把单位加倍,坐标就减半),而余向量的分量按 P^T 变化(协变)。这两条法则互为逆转置,这恰是一组基与其对偶基之间的关系。

幸存下来的“不变量”是配对:<f, v> = sum f_i v^i 在每组基下都是同一个数,因为来自向量的 P 因子与来自余向量的 P^-1 因子相消。不依赖坐标的实在,就是任何不随基改变之物,而配对正是其原型。

这是张量微积分的种子。物理学家把这两条变换法则编码为上指标(逆变、向量样)与下指标(协变、余向量样);一般张量则二者兼有。把指标摆对上下,恰恰就是把向量与余向量分清——正是你一路在建立的那个区别,用上抬与下放的标号写出来罢了。

vector coords -> P^-1 (contravariant) ; covector coords -> P^T (covariant) ; <f,v> invariant

向量与余向量分量逆向变换,故其配对保持不变。

命名陷阱:“逆变”分量属于普通向量,“协变”分量属于余向量——这两个形容词描述的是分量的变换,它与基向量自身的变换相反,所以起初会觉得说反了。记牢:向量逆变,余向量协变。

又称
transformation lawsupper vs lower indices