Dérivée de Lie - Définition

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Approche axiomatique générale

Il existe une unique application linéaire \mathcal{L}_X:\Omega M\rightarrow \Omega M vérifiant les hypothèses suivantes :

  1. \mathcal{L}_X préserve le degré.
  2. \mathcal{L}_X est une dérivation de l'algèbre ΩM.
  3. \mathcal{L}_X et d commutent.

Définition dynamique

Soit φt le flot de X (pour t petit). On défini la dérivée de Lie d'un champ de tenseurs K par :

\mathcal{L}_X K=\frac{d}{dt}_{|_{t=0}} \phi^*_t K

{\phi}^*_t est le pullback associé à \phi_t\ .

Formule de Cartan

\mathcal{L}_X=\iota_X d+d\iota_X

Application :

\mathcal{L}_{fX}\omega=f.\mathcal{L}_X\omega+df\wedge \iota_X\omega

Naturalité

\varphi^*\left[\mathcal{L}_X\omega\right]=\mathcal{L}_{\varphi^*X}\left[\varphi^*\omega\right]

Définition de la divergence

Dans Rn on a la formule suivante :

\mathcal{L}_X\left[dx_1\wedge\dots\wedge dx_n\right]=\left[ \mathrm{div} X\right].dx_1\wedge\dots \wedge dx_n

qu'on peut généraliser en définition de la divergence d'un champ de vecteur sur toute variété munie d'une forme volume ω, en particulier les variétés riemanniennes :

.

Cette définition a bien un sens car en tout point x de M l'espace des formes multilinéaires alternée en degré maximal est de dimension 1.

Vu la définition dynamique donnée plus haut, le flot local du champ X préserve la forme volume si et seulement si sa divergence est nulle.

Pour la forme volume associée à une métrique riemannienne g on a :

\mathrm{div} \left( fX \right)=f.\mathrm{div} X + g \left( \nabla f, X \right)
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