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愛因斯坦記號

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一般力學及工程會用互相垂直單位向量i, jk來描述3維空間的向量。

\mathbf{u} = u_x \mathbf{i} + u_y \mathbf{j} + u_z \mathbf{k}

i, jk 寫成 e1, e2e3,所以一個向量可以寫成:

\mathbf{u} = u_1 \mathbf{e}_1 + u_2 \mathbf{e}_2 + u_3 \mathbf{e}_3    = \sum_{i = 1}^3 u_i \mathbf{e}_i

愛因斯坦記號(Einstein notation)的發明是因為注意到指數在方程式中重複兩次便暗示有一個總和,總和符號便不用寫出來,又稱為愛因斯坦取和原則愛因斯坦求和原則(Einstein summation convention)。

\mathbf{u} \cdot \mathbf{v} = \sum_{i = 1}^3 u_i \mathbf{e}_i \cdot    \sum_{j = 1}^3 v_j \mathbf{e}_j = u_i \mathbf{e}_i \cdot v_j    \mathbf{e}_j

或者:

\mathbf{u} \cdot \mathbf{v} =  u_i v_j ( \mathbf{e}_i \cdot    \mathbf{e}_j )

這裡

\mathbf{e}_i \cdot    \mathbf{e}_j = \delta_{ij}

\ \delta_{ij} 就是Kronecker delta。當 i = j,\ \delta_{ij}=1,否則就是0。邏輯上,可以把方程式中的i轉為j或者把j轉為i。

\mathbf{u} \cdot \mathbf{v} = u_i v_j\delta_{ij}=  u_i v_i = u_j v_j

叉積

\mathbf{u} \times \mathbf{v}= \sum_{j = 1}^3 u_j \mathbf{e}_j \times    \sum_{k = 1}^3 v_k \mathbf{e}_k = u_j \mathbf{e}_j \times v_k    \mathbf{e}_k = u_j v_k (\mathbf{e}_j \times \mathbf{e}_k ) = \epsilon_{ijk} \mathbf{e}_i u_j v_k

這裡的 \mathbf{e}_j \times \mathbf{e}_k = \epsilon_{ijk} \mathbf{e}_i\ \epsilon_{ijk} 是Levi-Civita 符號。它的定義:

\epsilon_{ijk} = \left\{ \begin{matrix} +1 & \mbox{if } (i,j,k) \mbox{ is } (1,2,3), (2,3,1) \mbox{ or } (3,1,2)\\ -1 & \mbox{if } (i,j,k) \mbox{ is } (3,2,1), (1,3,2) \mbox{ or } (2,1,3)\\ 0  & \mbox{otherwise: }i=j \mbox{ or } j=k \mbox{ or } k=i \end{matrix} \right.


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