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Conexión de Levi-Civita

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En geometría de Riemann, la conexión de Levi-Civita (nombrada así por Tullio Levi-Civita) es la conexión libre de torsión del fibrado tangente, preservando una métrica de Riemann (o métrica pseudoriemanniana) dada. El teorema fundamental de la geometría de Riemann establece que hay una conexión única que satisfacen estas propiedades.

En la teoría de una variedad de Riemann o de una variedad pseudoriemanniana el término derivada covariante se utiliza a menudo para la conexión de Levi-Civita. La expresión en coordenadas espaciales de la conexión se llama los símbolos de Christoffel.

Definición formal

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Sea (M, g) una variedad de Riemann (o una variedad pseudoriemanniana) entonces una conexión afín es una conexión de Levi-Civita si satisface las condiciones siguientes

  • Preserva la métrica, es decir, para cualesquiera campos vectoriales X, Y, Z tenemos , donde X g(Y, Z) denota la derivada de la función g(Y, Z) a lo largo del campo vectorial X.
  • Es libre de torsión, es decir, para cualesquiera campos vectoriales X y Y tenemos , donde es el corchete de Lie de los campos vectoriales X y Y.

Símbolos de Christoffel

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Sea de una conexión afín en el fibrado tangente de la Variedad de Riemann . En un entorno de cualquier punto podemos escoger coordenadas locales con la base de campos vectoriales . Localmente la conexión queda determinada por los Símbolos de Christoffel, que se definen como: .

Para la conexión de Levi-Civita, los Símbolos de Christoffel pueden ser calculados a partir de la métrica. Localmente, si son los coeficientes de la matriz del tensor métrico en el sistema de coordenadas local; y los de la matriz inversa, se demuestra que, para la conexión de Levi-Civita:

Derivada a lo largo de una curva

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La conexión de Levi-Civita define también una derivada a lo largo una curva, denotada generalmente por D.

Dado curva diferenciable γ sobre (M, g) y un campo vectorial V en γ su derivada se define como

.

Conexión estándar de

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Para dos campos vectoriales en el espacio euclídeo n-dimensional, ésta está dada por la regla

donde es el jacobiano de Y.

Conexión inducida en superficies de

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Para un par de campos vectoriales tangentes a una superficie (variedad de codimensión 1 en ) se puede inducir una derivada covariante mediante el cálculo

relación conocida como ecuación de Gauss. Es fácil demostrar que satisface las mismas propiedades que D.

Enlaces externos

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Véase también

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