Buxoro davlat universiteti fizika-matematika fakulteti - bet 4

Tenzor tushunchasi oldingi mavzuda koordinatalar sistemasini burish jarayonida vektorning koordinatalarini qanday almashish qoidalari bilan tanishdik. Matematika, mexanika va fizikada shunday murakkab obyektlar borki ularning koordinatalari basis almashish jarayonida maxsus qoida bilan o’zgaradi. Masalan, ikki vector koordinatalarning ko’paytmasidan hosil bo’lgan 9 ta miqdordan iborat bo’lgan obyektni qaraylik. Vektor koordinatalarini almashish qoidasi dan bu 9 miqdor ushbu
qoida bo’yicha almashadi. belgilash kiritish natijasida = tenglikka kelamiz. Uch o’lchovli fazoda koordinata sistemasini burish jarayonida 9 ta miqdorning bunday almashish qoidasiga 2-rang tenzor deyiladi. Xuddi shuningdek, 27 ta miqdordan iborat to’plam ni qarash mumkin va ularning almashish qoidasi
Ko’rinishda bo’ladi. miqdorlar uch o’lchovli fazoda uchinchi rang tenzorlar deyiladi. Bu yerda tenzor ta’rifni biz tushunish qulay bo’lishi uchun vektorlar orqali keltirdik. Tenzorlarning vektorga bog’lanmagan umumiy ta’rifi quyidagicha bo’ladi:
Ta’rif. Agar uch o’lchovli fazoda miqdorlar ortoganal koordinatalar sistemasini burishda eski va yangi bazislarda
(1.1.13)
qoida bo’yicha bog’langan bo’lsa bunday miqdorlarga R-rang tezorlar deyiladi.
Ta’rifga ko’ra nolinchi rang tenzor skalyar bo’lib, u koordinatalar sistemasini almashishida o’zgarmaydi. Birinchi rang tenzor vektordan iborat bo’lib, uning koordinatalari yoki qonuniyat bilan o’zgaradi:
yoki (1.1.14)
2-rang tenzor uch o’lchovli fazoda koordinatalari mavjud bo’ladi. Ularning to’g’ri va teskari almashish qonunlari quyidagicha bo’ladi:
, (1.1.15)
3-rang tenzorning almashish qonunida uchta burish matritsasi ishtirok etadi.
(15) ifodalarni matritsa ko’rinishda ifodalash hisoblashlarda qulaylik tug’diradi.
Xuddi shuningdek, (16) dan teskari almashish qonunini keltirib chiqarish mumkin
B= (1.1.17)
1-misol. Formula yordamida aniqlangan Kroneker belgisining tenzorligini ko’rsataylik.
Kroneker belgisini Dekart koordinatalardagi ortlarning skalyar ko’paytmasi shaklida ifodalash mumkin: , =).
Ortlarning almashish qonunidan
.
Demak, Kroneker belgisi ikkinchi rang tenzor bo’lishidan tashqari o’z ko’rinishini ham o’zgartirmas ekan. Bunday tenzorlarga invariant tenzorlar deyiladi.
Tenzorlar ustida amallar tenzorlarni qo’shish. Faqat bir xil rangli tenzorlarni qo’shish mumkin va qo’shishda mos koordinatalari qo’shiladi. Tenzorlarni qo’shish natijasida uning rangi o’zgarmaydi.
Misol. Masalan, uchinchi rang tenzor quyidagicha qo’shiladi:
ning uchinchi rang tenzor ekanligini ko’rsatamiz. A va B uchinchi rang tenzor bo’lgani uchun ularning har birining elementlar soni ga teng. A va B tenzorlarning mos elementlari qo’shilgandan so’ng yig’indida yana 27 ta element hosil bo’ladi. Endi C tenzor koordinatalarining almashish qonunini ko’raylik.
=
Shunday qilib, = .
Bu munosabatlar C ning uchinchi rang tenzorligini ko’rsatadi. Ravshanki, ixtiyoriy rangli tenzorlar uchun ham bu qoidaning o’rinliligini ko’rsatish qiyin emas. Tenzorlarni ko’paytirish. A tenzor rangli bo’lib B tenzor rangli bo’lsin. Bu tenzorlarni ko’paytirish natijasida rangli C tenzor hosil bo’ladi.
Misol. A 1-rang, B 2-rang tenzorlar bo’lsin. Bu tenzorlarni ko’paytirish natijasida 3-rang tenzor hosil bo’ladi.
Haqiqatan ham C ning elementlar soni 27 ga ya’ni 3-rang tenzor elementlar soniga teng bo’ladi. Endi koordinatalar sistemasini burishdagi almashish qonunini tekshiramiz.
. Bundan C ning tenzorligi kelib chiqadi.
Tenzorni yig’ishtirish. A R-rang tenzor bo’lsin. A tenzor koordinatalarini ikki indeksi bo’yicha qo’shishga tenzorni yig’ishtirish deyiladi. R-rang yig’ishtirish natijasida R-2 rangli tenzor hosil bo’ladi. Tenzorni yig’ishtirish amali tenzorni Kroneker belgisiga ko’paytirishdan hosil qilsa bo’ladi.
Misol. A uchinchi rang tenzor bo’lsin. Bu tenzorni oxirgi ikki indeksi bo’yicha yig’ishtiraylik, ya’ni . ikkinchi tomomdan bo’ladi. Bu yerda j yig’ish indeksi, esa erkin indeks, shuning uchun bo’ladi. Ya’ni uchinchi rang tenzorni yig’ishtirish natijasida 1-rang tenzor hosil bo’ladi.
Haqiqatan ham,
=== . Misol. C 4-rang tenzorni oxirgi ikki indeksi bo’yicha yig’ishni ko’raylik.
Natijaviy tenzorni ikkinchi rangligini isbotlayljik.
==== . Tenzorni yig’ishtirish amalini qo’llash uchun tenzor rangi 2 va undan yuqori bo’lishi kerak. 2-rang tenzorni yig’ishtirish amaliga tenzorning izi deyiladi va quyidagicha belgilanadi:
Sp=Tr (1.1.19)
Koordinata sistemasini burishga nisbatan tenzorning izi invariantdir. Haqiqatan ham
Sp=== == Sp=> Sp= Sp .
Simmetrik va antisimmetrik tenzorlar.
Simmetrik va antisimmetrik tenzorlar. Ikkinchi rang tenzorni qaraylik. Agar indekslar o’rnini almashtirganda koordinatalari o’zgarmasa, bunday tenzorlarga simmetrik tenzorlar deyiladi. Indekslar o’rnini almashtirganda tenzor koordinatalarining ishorasi teskariga almashsa, bunday tenzorga antisimmetrik tenzor deyiladi.
=> - simmetrik tenzor,
=> - antisimmetrik tenzor.
Yuqori tartibli tenzorlarda simmetriklik va antisimmetrik tushunchalari juft indekslarga nisbatan qaraladi. Masalan,
va
tengliklar o’rinli bo’lsa, 4-rang F tenzor birinchi juft indeks bo’yicha simmetrik bo’lib, 1- va 3- indekslari bo’yicha antisimmetrik deyiladi.
Tenzorlarning simmetriklik xossasi tenzorning o’zaro bog’lik bo’lmagan elementlar sonining kamayishiga olib keladi. 2-rang tenzorni 3*3 matritsa bilan qiyoslash mumkin. Simmetrik tenzorda bosh dioganal va undan yuqorida joylashgan elemeentlar bilan to’la aniqlanadi. Bunday elementlar esa oltiga teng bo’ladi.
Ikkinchi rang antisimmetrik tenzor koordinatalari bosh dioganaldan va bu dioganaldan pastda joylashgan koordinatalari ishoralari bilan farq qiladi. Bosh dioganalda joylashgan elementlar nolga teng bo’ladi. Haqiqatdan ham, antisimmetrik tenzor bo’lsin: . bu tenglikda i=j deb olsak, (bu tenglikda j bo’yicha yig’indi yo’q) bo’ladi, bundan ekanligi kelib chiqadi. Shuning uchun o’lchovli fazoda antisimmetrik tenzorning bog’liq bo’lmagan elementlari uchga teng bo’ladi.
Tenzorlarning simmetrik va antisimmetrik xossalari invariantligini ko’rsatish mumkin. Haqiqatan ham, simmetrik . dekart koordinatalar sistemasini biror burchakka burishdan hosil bo’lgan sistemada ham bo’lishini ko’rsatamiz:
==== .
Antisimmetrik xossasi ham shunday isbotlanadi.
Teorema. Har qanday ikkinchi rang tenzorni simmetrik va antisimmetrik tenzorlar yig’indisi ko’rinishida ifodalash mumkin.
Isboti. Ikkinchi rang tenzor berilgan bo’lsin. Bu tenzorning ixtiyoriy elementi uchun
,
Tenglikni yozish mumkin. , belgilashlar kiritsak, berilgan tenzorni
== ,
Ko’rinishda yozish mumkin bo’ladi. va tenzorlarning simmetrik va antisimmetrikligi quyidagilardan ko’rinadi.
,
.
1-misol. Biror Dekart koordinatalar sistemasida quyidagi tenzor berilgan bo’lsin.
.
Bu tenzorning simmetrik va antisimmetrik qismlarini va Sp() ni topaylik.
Simmetrik va antisimmetrik elementlarni toppish formulasidan
=
=
belgilash kiritaylik. Bu belgilashni matritsa ko’rinishda ifodalasak D=S*A bo’ladi. Unda D tenzor elementlari
Sp()== bo’lgani uchun, D tenzorning dioganal elementlar yig’indisi nolga teng. Shuning uchun Sp()=0.
2-misol. Avvalgi misolda ikkilangan yig’ishtirish ning nolga tengligini ko’rdik. Endi umumiy holni ko’ramiz. Ixtiyoriy simmetrik va antisimmetrik tenzorlarning ikkilangan yig’ishtirishi doim nolga tengligini ko’rsatamiz.
Bu tengliklarda k ham j ham yig’ishtirish indeksi bo’lgani uchun k ni j ga, j ni esa k ga almashtirsak,
Tenglikka ega bo’lamiz. Bundan kelib chiqadi.
2-rang tenzorni vektorga ko’paytirib yig’ishtirish natijasida vector hosil bo’ladi: . Agar vector vektorga kollinear bo’lsa, ya’ni
(1.1.20)
bo’lsa, λ ga tenzorning xos soni, vektorga tenzorning λ xos songa mos kelgan xos vektori deyiladi. (20) dan
=> =0 , => =0 .
Oxirgi tenglama vektor elementlariga nisbatan bir jinsli chiziqli tenglamalar sistemasidir. Bu sistema noldan farqli yechimga ega bo’lishi uchun, determinant nolga teng bo’lishi kerak:
(1.1.21)
Bu tenglamaga tenzorning xarakteristik tenglamasi diyladi. Uch o’lchovli fazoda xarakteristik tenglama uchinchi tartibli bo’ladi va uning uchildizi ,, bolib har bir xos songa mos , xos vektorlar topiladi.
|