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2017 | OriginalPaper | Buchkapitel

5. Applications of Tensors and Differential Geometry

verfasst von : Hung Nguyen-Schäfer, Jan-Philip Schmidt

Erschienen in: Tensor Analysis and Elementary Differential Geometry for Physicists and Engineers

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Abstract

Nabla operator is a linear map of an arbitrary tensor into an image tensor in N-dimensional curvilinear coordinates. The Nabla operator can be usually defined in N-dimensional Cartesian coordinates {xi} using Einstein summation convention as
$$ \nabla \equiv {\mathbf{e}}^i\frac{\partial }{\partial {x}^i}\ \mathrm{f}\mathrm{o}\mathrm{r}\ i = 1,2,\dots, N $$
According to Eq. 2.​12, the relation between the bases of Cartesian and general curvilinear coordinates can be written as
$$ {\mathbf{g}}_i=\frac{\partial \mathbf{r}}{\partial {u}^i}=\frac{\partial \mathbf{r}}{\partial {x}^j}\frac{\partial {x}^j}{\partial {u}^i}={\mathbf{e}}_j\frac{\partial {x}^j}{\partial {u}^i} $$
Multiplying Eq. (5.2) by giej, one obtains the basis of Cartesian coordinates expressed in the curvilinear coordinate basis.
$$ {\mathbf{e}}^j={\mathbf{g}}^i\frac{\partial {x}^j}{\partial {u}^i} $$
Using chain rule of coordinate transformation, the Nabla operator in the general curvilinear coordinates {ui} results from Eq. (5.3) [1, 2].
$$ \begin{array}{c}\nabla \equiv {\mathbf{e}}^i\left(\frac{\partial }{\partial {u}^j}\frac{\partial {u}^j}{\partial {x}^i}\right)={\mathbf{g}}^k\frac{\partial {x}^i}{\partial {u}^k}\left(\frac{\partial }{\partial {u}^j}\frac{\partial {u}^j}{\partial {x}^i}\right)\\ {}={\mathbf{g}}^k\frac{\partial }{\partial {u}^j}\left(\frac{\partial {x}^i}{\partial {u}^k}\frac{\partial {u}^j}{\partial {x}^i}\right)={\mathbf{g}}^k\frac{\partial }{\partial {u}^j}\left(\frac{\partial {u}^j}{\partial {u}^k}\right)\\ {}={\mathbf{g}}^k\frac{\partial }{\partial {u}^j}\left({\delta}_k^j\right)={\mathbf{g}}^k\frac{\partial }{\partial {u}^k}\end{array} $$
Thus, the Nabla operator can be written in the curvilinear coordinates {ui}using Einstein summation convention.
$$ \nabla \equiv {\mathbf{g}}^i\frac{\partial }{\partial {u}^i}={\mathbf{g}}^i{\nabla}_i\ \mathrm{f}\mathrm{o}\mathrm{r}\ i = 1,2,\dots, N $$

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Literatur
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Metadaten
Titel
Applications of Tensors and Differential Geometry
verfasst von
Hung Nguyen-Schäfer
Jan-Philip Schmidt
Copyright-Jahr
2017
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-48497-5_5

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.