En el plano cartesiano, si V(0)=(3,4), ¿cuál es su norma durante transporte paralelo?
PISTA 1
Una pista
La conexión conserva la métrica.
Un desarrollo posible.
La norma inicial en la métrica euclídea es √(3²+4²)=√25=5.
Para un campo paralelo V, compatibilidad métrica da d g(V,V)/dt=2g(DₜV,V)=0.
Su norma al cuadrado permanece 25 y su norma, que es no negativa, permanece 5.
EJERCICIO 2 / 5Respuesta comprobable
Tu reto 2.
Para r=2, calcula Γᶿ_(rθ) en polares.
PISTA 1
Una pista
Es 1/r.
Un desarrollo posible.
En la métrica polar la fórmula de Levi–Civita da Γθrθ=(1/2)gθθ∂ᵣgθθ, distinguiendo en el primer factor los índices superiores.
Como gθθ superior es r⁻² y ∂ᵣgθθ inferior es 2r, el producto es 1/r.
Sustituir r=2, permitido porque r>0, da Γθrθ=1/2.
EJERCICIO 3 / 5Respuesta comprobable
Tu reto 3.
Para r=5, calcula Γʳ_(θθ).
PISTA 1
Una pista
Es −r.
Un desarrollo posible.
Para la métrica dr²+r²dθ², Γʳθθ=−(1/2)gʳʳ∂ᵣgθθ.
Los valores gʳʳ=1 y ∂ᵣgθθ=2r dan Γʳθθ=−r.
En r=5 el resultado es −5.
Se trata de un coeficiente de conexión, no del valor de la curvatura.
EJERCICIO 4 / 5Razonamiento · revisión personal
Tu reto 4.
Explica por qué un vector paralelo conserva su norma con Levi–Civita.
PISTA 1
Una pista
Deriva g(V,V).
Un desarrollo posible.
Compatibilidad métrica a lo largo de γ significa d g(V,V)/dt=g(DₜV,V)+g(V,DₜV).
Si V es paralelo, DₜV=0 y ambos términos de la derecha se anulan.
La derivada de la norma al cuadrado es cero en el intervalo, luego es constante; tomar su raíz no negativa prueba conservación de la norma.
EJERCICIO 5 / 5Razonamiento · revisión personal
Tu reto 5.
Distingue una derivada ordinaria de componentes y una covariante en polares.
PISTA 1
Una pista
La base también cambia.
Un desarrollo posible.
La derivada ordinaria de Vʳ,Vθ solo registra cómo cambian los números que expresan el vector en la base ∂ᵣ,∂θ.
La base también depende de r y θ; al derivarla aparecen los términos Γᵏᵢⱼγ̇ⁱVʲ que completan la derivada covariante.
Por ejemplo, un vector cartesiano fijo tiene componentes Vʳ=a cosθ+b sinθ y Vθ=(−a sinθ+b cosθ)/r variables, pero su derivada covariante es cero. Esa cancelación distingue variación de componentes y variación geométrica.