张量与多重线性代数

外幂

第 k 个外幂 Lambda^k V 是反对称 k 张量的空间——所有楔积 v1 ^ ... ^ vk 的张成。其元素称为 k 向量,它们编码有向的 k 维内容:Lambda^1 V 是 V(方向),Lambda^2 V 是有向平面元,Lambda^3 V 是有向体积元,依此类推。

其维数是二项式系数:当 dim V = n 时,dim Lambda^k V = (n choose k)。一组基由楔积 e_{i1} ^ ... ^ e_{ik} 给出,取遍严格递增的指标集 i1 < ... < ik,于是你在数 n 元基的 k 元子集。这就是为何当 k 从 0 跑到 n 时,外幂先增后减。

顶层外幂 Lambda^n V 很特殊:它是一维的,因为唯一长度为 n 的严格递增指标集就是整组基。线性映射 T : V -> V 在这条线上诱导出映射 Lambda^n T,它不过是乘以一个标量,而这个标量恰好就是 det T。所以行列式并非公式上的偶然;它就是 T 在一维顶层外幂上的作用。

更一般地,Lambda^k T 作用在 Lambda^k V 上,在一组基下其矩阵元就是 T 的 k 阶子式。这把整族子式打包起来,而 Lambda^k T 的特征值是 T 的 k 个不同特征值之积——这是通往诸如“det 是特征值之积”以及特征多项式各系数等事实的最干净路径。

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

在一维顶层外幂上,映射的作用就是乘以它的行列式。

二项式的对称性使 Lambda^k V 与 Lambda^(n-k) V 维数相同;一旦有了内积与定向,Hodge 星算子便把它变成一个实在的同构。这正是“R^3 中的一个平面”与“它的法线方向”携带相同信息的原因。

又称
Lambda^k Vk-th exterior powerk-vectors