网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

克罗内克函数,理论物理学不可或缺的工具,虽简单却影响深远

0
分享至

克罗内克Delta函数,虽简单却影响深远,它为许多数学和物理领域的研究提供了基础。这个函数以德国数学家利奥波德·克罗内克的名字命名,以其独特的特性在诸多数学理论和公式中发挥着重要作用。

在理论物理中,我们几乎无法想象没有克罗内克δ(Kronecker delta)的情况,它的形式如下,

这个相对简单但功能强大的张量(tensor)在理论物理的所有领域都有应用。例如,它被用于将长表达式写得更紧凑,以及简化复杂的表达式。与莱维-奇维塔张量(Levi-Civita tensor结合使用时,这两个张量非常有用!

δ_ij 取值为1或0,具体取值取决于其两个下标 i 和 j 的值。下标的最大值对应于考虑的维数,所以在三维空间中,i 和 j 的范围是1到3。当 i 和 j 相等时,δ_ij等于1。当 i 和 j 不等时,δ_ij 等于0,

让我们看一些例子,

因为下标相等。

因为下标不相等。

爱因斯坦求和约定(Einstein's Summation convention)

为了紧凑地表示像这样:

或像这样的表达式:

我们约定如下的求和规则:省略求和符号,

但要记住,如果在表达式中出现两个相同的下标,那么就对该下标求和。

求和约定的另一个优点(除了紧凑性)是形式上的可交换性。例如,你可以按照你希望的顺序写下表达式,例如这样:

这可能帮助你看到什么可以进一步缩减或简化。

但有些例外,例如与微分运算符

partial_j,作用于一个后继项。你不能将被求导的项移动到微分前面

所以在使用下标表示法时,应该小心处理运算符。

现在让我们学习一些使用克罗内克函数的重要规则。

性质1:克罗内克函数是对称的,

为什么?根据定义,如果下标i和j相等,那么δ_ij 等于1,那么δ_ji也等于1。如果下标不等,δ_ij=0,δ_ji也等于0。所以,克罗内克函数是对称的!

性质2:下标缩减

如果两个或更多的克罗内克函数的乘积包含一个求和下标,那么乘积可以缩减,使得求和下标 j 消失。

为什么?让我们考虑例如当下标 i 和 j 相等的情况:i = j,而下标 j 和 k 不等:j ≠ k ,那么就得出 i 和 k 也必须不等:i ≠ k。所以δ_jk 是0,因此左手边的整个项是0:

而左手边的δ_ik 也是0,因为i和k是不同的,所以等式成立。

让我们通过一些例子来更好地理解,

下一个例子:

性质 3:下标转移

如果在 a_j 中的下标也出现在克罗内克函数 δ _jk 中,那么δ 消失,而因子 a_j 获取另一个下标 k。

这个规则基本上是下标缩减的另一种情况。这个规则告诉你,你也可以缩减不需要由克罗内克尔δ携带的求和下标。让我们再举一个例子,

性质 4:相等下标求和

如果 j 从1运行到 n,那么:

为什么这样?根据求和约定:在这里,求和是通过 j 进行的。所以

每个 δ 都是1,因为下标值是相等的。

δ 的标量积

现在我们来写出带有克罗内克δ的标量积。考虑一个由x,y,z三个部分组成的三维向量v = (x, y, z):

你可以按照下述方法在标准正交基下表示此向量:

这里x,y和z是彼此正交并被规范化的三个基向量。在这个例子中,他们构成一个正交的三维坐标系统。

δ要用索引记号写出向量。这里我们不用不同的字母x,y,z来表示向量的分量,而是选择一个字母(在这里是字母v)然后连续对向量的分量和基向量进行编号。然后,向量的分量被称为v_1,v_2,v_3,并且基展开如下所示:

这种索引记号的优点在于,这样你永远不会用完向量分量的数字。试想一下一个五十维的向量,没有足够的字母给向量的每一个分量v_1,v_2直到v_50一个独特的字母。

另一个索引记号的优点在于,通过这种方式对向量分量进行编号,可以用求和符号更紧凑地表示基的展开,

如果省略求和符号,它就变得更紧凑,

在这里,我们对索引j进行求和。

现在我们知道了一个向量如何在指标记号中表示,我们可以类比地写出两个向量ab的标量积,

使用刚刚学习的向量的索引表示:

在索引记号中,你可以按你喜欢的方式排序因子。这就是索引记号的优点,其中交换律适用。利用这个,把括号放在基向量周围,以强调引入克罗内克δ的重要性:

基向量e_i和e_j是正交规范的。回忆一下对于两个向量来说,成为正交规范化的属性意味着什么?他们的标量积的要么是1,要么是0:

两个正交规范化向量的标量积正好像克罗内克函数,

因此,用δ替换两个基向量的标量积:

根据第三条性质,可以缩减求和索引j,

然后就得到了标量积的精确定义,

为了练习,我们可以写出对i和j的求和,列出所有可能的i和j的组合:

如你所见,由于克罗内克函数的定义,共9个分量中只有3个不为零,即i = j;省略所有不相等的索引的求和项(0);并且,使用克罗内克δ的定义有:

这就得到了我们熟悉的标量积:

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
公安部重磅新规!6月1日开始,网约车司机调侃:还不如去当保安

公安部重磅新规!6月1日开始,网约车司机调侃:还不如去当保安

什么都唠唠
2026-04-08 23:43:58
“小易建联”狂砍20+10!中国击败澳大利亚球队,宏远内线希望?

“小易建联”狂砍20+10!中国击败澳大利亚球队,宏远内线希望?

多特体育说
2026-04-09 23:23:26
陈思诚新片定档五一,票房剑指10亿,《寒战1994》最强对手来了

陈思诚新片定档五一,票房剑指10亿,《寒战1994》最强对手来了

电影票房预告片
2026-04-09 21:49:18
法国满载247人高铁撞上军用重卡!马上退休的司机,用最悲壮的方式换全车平安!

法国满载247人高铁撞上军用重卡!马上退休的司机,用最悲壮的方式换全车平安!

新欧洲
2026-04-08 19:45:34
物理学世纪难题告破:黑洞蒸发最后0.0009克改写认知

物理学世纪难题告破:黑洞蒸发最后0.0009克改写认知

窥探宇宙1
2026-04-09 12:00:06
医生告诫:每天睡前玩手机的人,不用半年时间,睡眠或有这6变化

医生告诫:每天睡前玩手机的人,不用半年时间,睡眠或有这6变化

白话电影院
2026-04-05 15:34:47
图赫尔弃将连轰3球,英格兰中锋位只剩60天悬念

图赫尔弃将连轰3球,英格兰中锋位只剩60天悬念

热血体育社
2026-04-10 06:59:18
罗马八年第二佳绩难掩尴尬,财务缺口,仍要靠穆里尼奥的免签球员

罗马八年第二佳绩难掩尴尬,财务缺口,仍要靠穆里尼奥的免签球员

穆里尼奥主义者
2026-04-09 19:49:53
赖清德太疯狂、从三方面反扑!猛然发现:郑丽文这招釜底抽薪真狠

赖清德太疯狂、从三方面反扑!猛然发现:郑丽文这招釜底抽薪真狠

野史日记
2026-04-09 09:00:19
76岁黄玉郎承认欠债3000万,小37岁妻子将搬离豪宅办离婚

76岁黄玉郎承认欠债3000万,小37岁妻子将搬离豪宅办离婚

开开森森
2026-04-07 22:41:36
王志文连斜眼都不敢?昔日大佬被打碎,太揪心!

王志文连斜眼都不敢?昔日大佬被打碎,太揪心!

喜欢历史的阿繁
2026-04-10 01:32:21
这不是走过场!湖北省委书记撂下狠话,这些领域要动真格了

这不是走过场!湖北省委书记撂下狠话,这些领域要动真格了

爱看剧的阿峰
2026-04-09 18:04:23
约基奇第198次三双!掘金大胜灰熊豪取10连胜 穆雷26+7+5

约基奇第198次三双!掘金大胜灰熊豪取10连胜 穆雷26+7+5

醉卧浮生
2026-04-09 11:18:33
蔚来ES9搭全球唯一量产电液全主动悬架:六层香槟塔过减速带不倒

蔚来ES9搭全球唯一量产电液全主动悬架:六层香槟塔过减速带不倒

快科技
2026-04-09 21:25:05
停火不到7小时,以军反悔,10分钟投下160枚炸弹后,8国联合出手

停火不到7小时,以军反悔,10分钟投下160枚炸弹后,8国联合出手

面包夹知识
2026-04-09 14:33:03
南京招2名小学老师,江西暴跌90%!教师“铁饭碗”已被砸碎?

南京招2名小学老师,江西暴跌90%!教师“铁饭碗”已被砸碎?

领悟看世界
2026-04-10 01:57:58
幸福!孙杨张豆豆自曝结婚3年育有一娃,女儿2岁身高近1米基因强大

幸福!孙杨张豆豆自曝结婚3年育有一娃,女儿2岁身高近1米基因强大

818体育
2026-04-09 19:51:12
在日本人眼中,中国颜值最高的"9大美女",日本人审美有多高?

在日本人眼中,中国颜值最高的"9大美女",日本人审美有多高?

落雪听梅a
2026-04-09 07:00:29
郑丽文访陆不按常理出牌,6天3城全在布局,两岸未来即将被改写

郑丽文访陆不按常理出牌,6天3城全在布局,两岸未来即将被改写

一念痴狂
2026-04-10 00:40:26
停火不到12小时,特朗普暴露真面目,伊朗通告全球,或将退出停火

停火不到12小时,特朗普暴露真面目,伊朗通告全球,或将退出停火

万物知识圈
2026-04-10 07:46:50
2026-04-10 08:20:49
老胡说科学 incentive-icons
老胡说科学
科学如此美妙,我想让你知道
1229文章数 33538关注度
往期回顾 全部

科技要闻

Meta凌晨首发闭源大模型 扎克伯格又行了?

头条要闻

伊朗最高领袖发表最新声明 提出三点主张

头条要闻

伊朗最高领袖发表最新声明 提出三点主张

体育要闻

8万人面前心脏骤停 现在他还站在球场上

娱乐要闻

金莎官宣结婚 与老公孙丞潇相差18岁

财经要闻

停火又悬了,最糟糕的情况要来了?

汽车要闻

文飞掌舵,给神行者带来了什么?

态度原创

旅游
家居
艺术
公开课
军事航空

旅游要闻

温州园博会来了!下高铁10分钟入园,100天免费逛

家居要闻

清新自然 复古风尚

艺术要闻

这位清末大家,笔下尽是江南风骨!

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

黎真主党发射火箭弹 回应以违反停火协议

无障碍浏览 进入关怀版