Леви-Чивита симбол представља математички пермутациони симбол, који се користи у тензорском рачуну . Име је добио по италијанском математичару Тулију Леви-Чивити.У тродимензионалном простору означава се са ε i j k {\displaystyle \varepsilon _{ijk}} . Називају га још и антисиметричним јединичним тензором.
Дефиниција у тродимензионалном простору У тродимензионалном простору дефинише се као:
ε i j k = ε i j k = { + 1 ako je ( i , j , k ) jednako ( 1 , 2 , 3 ) , ( 3 , 1 , 2 ) ili ( 2 , 3 , 1 ) , − 1 ako je ( i , j , k ) jednako ( 1 , 3 , 2 ) , ( 3 , 2 , 1 ) ili ( 2 , 1 , 3 ) , 0 ako je i = j ili j = k ili k = i {\displaystyle \varepsilon _{ijk}=\varepsilon ^{ijk}={\begin{cases}+1&{\text{ako je }}(i,j,k){\text{ jednako }}(1,2,3),(3,1,2){\text{ ili }}(2,3,1),\\-1&{\text{ako je }}(i,j,k){\text{ jednako }}(1,3,2),(3,2,1){\text{ ili }}(2,1,3),\\\;\;\,0&{\text{ako je }}i=j{\text{ ili }}j=k{\text{ ili }}k=i\end{cases}}} Приказ Леви-Чивита симбола као 3×3×3 матрице тј. ε i j k {\displaystyle \varepsilon _{ijk}} је 1 ако (i , j , k ) представља парну пермутацију бројева (1,2,3), једнак је −1 у случају непарних пермутација, а једнак је 0 у случају да се индекси понављају. Леви-Чивита симбол може да се напише и помоћу формуле:
ε i j k = ( i − j ) ( j − k ) ( k − i ) 2 {\displaystyle \varepsilon _{ijk}={\frac {\left(i-j\right)\left(j-k\right)\left(k-i\right)}{2}}}
Дефиниција у четвородимензионалном простору Дефиниција у четвородимензионалном простору је:
ε i j k l = ( i − j ) ( i − k ) ( i − l ) ( j − k ) ( j − l ) ( k − l ) 12 {\displaystyle \varepsilon _{ijkl}={\frac {\left(i-j\right)\left(i-k\right)\left(i-l\right)\left(j-k\right)\left(j-l\right)\left(k-l\right)}{12}}} У n-димензионалном простору Леви-Чивита симбол је:
ε i j k l … = ε i j k l … = { + 1 ako je ( i , j , k , l , … ) je parna permutacija od ( 1 , 2 , 3 , 4 , … ) − 1 ako je ( i , j , k , l , … ) je neparna permutacija od ( 1 , 2 , 3 , 4 , … ) 0 inače {\displaystyle \varepsilon _{ijkl\dots }=\varepsilon ^{ijkl\dots }={\begin{cases}+1&{\mbox{ako je }}(i,j,k,l,\dots ){\mbox{ je parna permutacija od }}(1,2,3,4,\dots )\\-1&{\mbox{ako je }}(i,j,k,l,\dots ){\mbox{ je neparna permutacija od }}(1,2,3,4,\dots )\\0&{\mbox{inače}}\end{cases}}} Поопштена формула може да се напише и као:
ε a 1 a 2 a 3 … a n = sgn ( ∏ i < j n ( a j − a i ) ) = sgn ( ∏ i = 1 n − 1 ∏ j = i + 1 n ( a j − a i ) ) {\displaystyle \varepsilon _{a_{1}a_{2}a_{3}\ldots a_{n}}=\operatorname {sgn} \!\left(\prod _{i<j}^{n}(a_{j}-a_{i})\right)=\operatorname {sgn} \!\left(\prod _{i=1}^{n-1}\ \prod _{j=i+1}^{n}(a_{j}-a_{i})\right)}
Својства
У две димензије
ε i j ε m n = δ i m δ j n − δ i n δ j m {\displaystyle \varepsilon _{ij}\varepsilon ^{mn}=\delta _{i}{}^{m}\delta _{j}{}^{n}-\delta _{i}{}^{n}\delta _{j}{}^{m}}
()
ε i j ε i n = δ j n {\displaystyle \varepsilon _{ij}\varepsilon ^{in}=\delta _{j}{}^{n}}
()
ε i j ε i j = 2 {\displaystyle \varepsilon _{ij}\varepsilon ^{ij}=2}
()
У три димензије
ε i j k ε i m n = δ j m δ k n − δ j n δ k m {\displaystyle \varepsilon _{ijk}\varepsilon ^{imn}=\delta _{j}{}^{m}\delta _{k}{}^{n}-\delta _{j}{}^{n}\delta _{k}{}^{m}}
()
ε j m n ε i m n = 2 δ j i {\displaystyle \varepsilon _{jmn}\varepsilon ^{imn}=2\delta _{j}^{i}}
()
ε i j k ε i j k = 6 {\displaystyle \varepsilon _{ijk}\varepsilon ^{ijk}=6}
()
Леви-Чивита симбол је повезан са Кронекеровим делта симболом :
ε i j k ε l m n = | δ i l δ i m δ i n δ j l δ j m δ j n δ k l δ k m δ k n | = δ i l ( δ j m δ k n − δ j n δ k m ) − δ i m ( δ j l δ k n − δ j n δ k l ) + δ i n ( δ j l δ k m − δ j m δ k l ) {\displaystyle {\begin{aligned}\varepsilon _{ijk}\varepsilon _{lmn}&={\begin{vmatrix}\delta _{il}&\delta _{im}&\delta _{in}\\\delta _{jl}&\delta _{jm}&\delta _{jn}\\\delta _{kl}&\delta _{km}&\delta _{kn}\\\end{vmatrix}}\\&=\delta _{il}\left(\delta _{jm}\delta _{kn}-\delta _{jn}\delta _{km}\right)-\delta _{im}\left(\delta _{jl}\delta _{kn}-\delta _{jn}\delta _{kl}\right)+\delta _{in}\left(\delta _{jl}\delta _{km}-\delta _{jm}\delta _{kl}\right)\end{aligned}}} Специјални случај једначине (4) је:
∑ i = 1 3 ε i j k ε i m n = δ j m δ k n − δ j n δ k m {\displaystyle \sum _{i=1}^{3}\varepsilon _{ijk}\varepsilon _{imn}=\delta _{jm}\delta _{kn}-\delta _{jn}\delta _{km}} У Ајнштајновој нотацији индекс записан два пута значи сумацију по том индексу, па је једначина једноставнијега записа: ε i j k ε i m n = δ j m δ k n − δ j n δ k m . {\displaystyle \varepsilon _{ijk}\varepsilon _{imn}=\delta _{jm}\delta _{kn}-\delta _{jn}\delta _{km}\,.}
У н димензија
ε i 1 … i n ε j 1 … j n = n ! δ [ i 1 j 1 … δ i n ] j n {\displaystyle \varepsilon _{i_{1}\dots i_{n}}\varepsilon ^{j_{1}\dots j_{n}}=n!\delta _{[i_{1}}{}^{j_{1}}\dots \delta _{i_{n}]}{}^{j_{n}}}
()
ε i 1 … i k i k + 1 … i n ε i 1 … i k j k + 1 … j n = k ! ( n − k ) ! δ [ i k + 1 j k + 1 … δ i n ] j n {\displaystyle \varepsilon _{i_{1}\dots i_{k}~i_{k+1}\dots i_{n}}\varepsilon ^{i_{1}\dots i_{k}~j_{k+1}\dots j_{n}}=k!(n-k)!~\delta _{[i_{k+1}}{}^{j_{k+1}}\dots \delta _{i_{n}]}{}^{j_{n}}}
()
ε i 1 … i n ε i 1 … i n = n ! {\displaystyle \varepsilon _{i_{1}\dots i_{n}}\varepsilon ^{i_{1}\dots i_{n}}=n!}
()
ε i 1 i 2 … i n ε j 1 j 2 … j n = | δ i 1 j 1 δ i 1 j 2 … δ i 1 j n δ i 2 j 1 δ i 2 j 2 … δ i 2 j n ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ δ i n j 1 δ i n j 2 … δ i n j n | {\displaystyle \varepsilon _{i_{1}i_{2}\dots i_{n}}\varepsilon _{j_{1}j_{2}\dots j_{n}}={\begin{vmatrix}\delta _{i_{1}j_{1}}&\delta _{i_{1}j_{2}}&\dots &\delta _{i_{1}j_{n}}\\\delta _{i_{2}j_{1}}&\delta _{i_{2}j_{2}}&\dots &\delta _{i_{2}j_{n}}\\\vdots &\vdots &\ddots &\vdots \\\delta _{i_{n}j_{1}}&\delta _{i_{n}j_{2}}&\dots &\delta _{i_{n}j_{n}}\\\end{vmatrix}}} .
Примери
Литература J.R. Tyldesley. An introduction to Tensor Analysis: For Engineers and Applied Scientists. Longman. 1973. ISBN 978-0-582-44355-6 .