Skip to main content
Erschienen in: Foundations of Computational Mathematics 4/2016

01.08.2016

Integrators on Homogeneous Spaces: Isotropy Choice and Connections

verfasst von: Hans Munthe-Kaas, Olivier Verdier

Erschienen in: Foundations of Computational Mathematics | Ausgabe 4/2016

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

We consider numerical integrators of ODEs on homogeneous spaces (spheres, affine spaces, hyperbolic spaces). Homogeneous spaces are equipped with a built-in symmetry. A numerical integrator respects this symmetry if it is equivariant. One obtains homogeneous space integrators by combining a Lie group integrator with an isotropy choice. We show that equivariant isotropy choices combined with equivariant Lie group integrators produce equivariant homogeneous space integrators. Moreover, we show that the RKMK, Crouch–Grossman, or commutator-free methods are equivariant. To show this, we give a novel description of Lie group integrators in terms of stage trees and motion maps, which unifies the known Lie group integrators. We then proceed to study the equivariant isotropy maps of order zero, which we call connections, and show that they can be identified with reductive structures and invariant principal connections. We give concrete formulas for connections in standard homogeneous spaces of interest, such as Stiefel, Grassmannian, isospectral, and polar decomposition manifolds. Finally, we show that the space of matrices of fixed rank possesses no connection.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Fußnoten
1
With the notation (21) that isotropy choice is simply \(\langle \varpi ,f \rangle = f\) hence the name of tautological isotropy map.
 
2
The interested reader is referred to [22], or [15, § X.2].
 
Literatur
1.
Zurück zum Zitat R. Abraham, J. E. Marsden, and T. Ratiu. Manifolds, Tensor Analysis, and Applications, volume 75 of Applied Mathematical Sciences. Springer-Verlag, New York, second edition, 1988. ISBN 0-387-96790-7. R. Abraham, J. E. Marsden, and T. Ratiu. Manifolds, Tensor Analysis, and Applications, volume 75 of Applied Mathematical Sciences. Springer-Verlag, New York, second edition, 1988. ISBN 0-387-96790-7.
4.
Zurück zum Zitat É. Cartan. La structure des groupes de transformations continus et la théorie du trièdre mobile. Bull. Sci. Math., II. Sér., 34: 250–283, 1910.MATH É. Cartan. La structure des groupes de transformations continus et la théorie du trièdre mobile. Bull. Sci. Math., II. Sér., 34: 250–283, 1910.MATH
5.
Zurück zum Zitat É. Cartan. Sur une classe remarquable d’espaces de Riemann. I. Bull. Soc. Math. Fr., 54: 214–264, 1926.MathSciNetMATH É. Cartan. Sur une classe remarquable d’espaces de Riemann. I. Bull. Soc. Math. Fr., 54: 214–264, 1926.MathSciNetMATH
6.
Zurück zum Zitat É. Cartan and J. Schouten. On the geometry of the group-manifold of simple and semi-simple groups. Nerl. Akad. Wensch. Proc. Ser. A, 29: 803–815, 1926.MATH É. Cartan and J. Schouten. On the geometry of the group-manifold of simple and semi-simple groups. Nerl. Akad. Wensch. Proc. Ser. A, 29: 803–815, 1926.MATH
11.
Zurück zum Zitat E. Hairer, C. Lubich, and G. Wanner. Geometric numerical integration: structure-preserving algorithms for ordinary differential equations. Springer series in computational mathematics. Springer, 2006. ISBN 9783540306634. E. Hairer, C. Lubich, and G. Wanner. Geometric numerical integration: structure-preserving algorithms for ordinary differential equations. Springer series in computational mathematics. Springer, 2006. ISBN 9783540306634.
12.
Zurück zum Zitat S. Helgason. Differential Geometry and Symmetric Spaces. Pure and applied mathematics. American Mathematical Society, 1962. ISBN 9780821873175. S. Helgason. Differential Geometry and Symmetric Spaces. Pure and applied mathematics. American Mathematical Society, 1962. ISBN 9780821873175.
13.
Zurück zum Zitat A. Iserles, H. Z. Munthe-Kaas, S. P. Nørsett, and A. Zanna. Lie-group methods. In Acta Numerica. Vol. 9, pages 215–365. Cambridge: Cambridge University Press, 2000. A. Iserles, H. Z. Munthe-Kaas, S. P. Nørsett, and A. Zanna. Lie-group methods. In Acta Numerica. Vol. 9, pages 215–365. Cambridge: Cambridge University Press, 2000.
14.
Zurück zum Zitat A. Kirillov. An introduction to Lie groups and Lie algebras. Cambridge: Cambridge University Press, 2008. ISBN 978-0-521-88969-8/hbk. A. Kirillov. An introduction to Lie groups and Lie algebras. Cambridge: Cambridge University Press, 2008. ISBN 978-0-521-88969-8/hbk.
15.
Zurück zum Zitat S. Kobayashi and K. Nomizu. Foundations of differential geometry. Vol. II. Wiley, 1969. ISBN 9780470496480. S. Kobayashi and K. Nomizu. Foundations of differential geometry. Vol. II. Wiley, 1969. ISBN 9780470496480.
17.
Zurück zum Zitat R. I. McLachlan, K. Modin, H. Z. Munthe-Kaas, and O. Verdier. B-series methods are exactly the affine equivariant methods. Accepted in Numerische Matematik, 2015. arXiv:1409.1019. R. I. McLachlan, K. Modin, H. Z. Munthe-Kaas, and O. Verdier. B-series methods are exactly the affine equivariant methods. Accepted in Numerische Matematik, 2015. arXiv:​1409.​1019.
18.
Zurück zum Zitat RI McLachlan and GR Quispel. Six lectures on the geometric integration of odes. In Foundations of Computational Mathematics, London Mathematical Society Lecture Note Series, pages 155–210. Cambridge University Press, 2001. ISBN 9780521003490. RI McLachlan and GR Quispel. Six lectures on the geometric integration of odes. In Foundations of Computational Mathematics, London Mathematical Society Lecture Note Series, pages 155–210. Cambridge University Press, 2001. ISBN 9780521003490.
23.
Zurück zum Zitat X. Pennec, P. Fillard, and N. Ayache. A Riemannian framework for tensor computing. International Journal of Computer Vision, 66 (1): 41–66, 2006.MathSciNetCrossRefMATH X. Pennec, P. Fillard, and N. Ayache. A Riemannian framework for tensor computing. International Journal of Computer Vision, 66 (1): 41–66, 2006.MathSciNetCrossRefMATH
24.
Zurück zum Zitat P. Piccione and D. V. Tausk. A student’s guide to symplectic spaces, Grassmannians and Maslov index. Rio de Janeiro: Instituto Nacional de Matemática Pura e Aplicada (IMPA), 2008. ISBN 978-85-244-0283-8. P. Piccione and D. V. Tausk. A student’s guide to symplectic spaces, Grassmannians and Maslov index. Rio de Janeiro: Instituto Nacional de Matemática Pura e Aplicada (IMPA), 2008. ISBN 978-85-244-0283-8.
25.
Zurück zum Zitat R.W. Sharpe. Differential geometry: Cartan’s generalization of Klein’s Erlangen program. Graduate texts in mathematics. Springer, 1997. ISBN 9780387947327. R.W. Sharpe. Differential geometry: Cartan’s generalization of Klein’s Erlangen program. Graduate texts in mathematics. Springer, 1997. ISBN 9780387947327.
26.
Zurück zum Zitat S. Sternberg. Lectures on differential geometry. Prentice-Hall Mathematics Series. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, Inc. xi, 390 pp. (1964), 1964. S. Sternberg. Lectures on differential geometry. Prentice-Hall Mathematics Series. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, Inc. xi, 390 pp. (1964), 1964.
27.
Zurück zum Zitat O. Verdier. Integrators on homogeneous spaces: local isotropy maps. in preparation, 2015. O. Verdier. Integrators on homogeneous spaces: local isotropy maps. in preparation, 2015.
Metadaten
Titel
Integrators on Homogeneous Spaces: Isotropy Choice and Connections
verfasst von
Hans Munthe-Kaas
Olivier Verdier
Publikationsdatum
01.08.2016
Verlag
Springer US
Erschienen in
Foundations of Computational Mathematics / Ausgabe 4/2016
Print ISSN: 1615-3375
Elektronische ISSN: 1615-3383
DOI
https://doi.org/10.1007/s10208-015-9267-7

Weitere Artikel der Ausgabe 4/2016

Foundations of Computational Mathematics 4/2016 Zur Ausgabe