Christoffel記号

同義語:クリストッフェル記号Christoffel symbolsChristoffel symbol第2種Christoffel記号

概要

Christoffel記号(Christoffel symbols)とは、Riemann 多様体(または擬 Riemann 多様体)の局所座標で、計量の成分 $g_{ij}$ とその 1 階偏導関数から $\Gamma^k_{ij}=\frac12g^{kl}(\partial_ig_{jl}+\partial_jg_{il}-\partial_lg_{ij})$ で定まる関数である。これは Levi-Civita 接続の接続係数、すなわち $\nabla_{\partial_i}\partial_j=\Gamma^k_{ij}\partial_k$ を満たす係数に等しく、測地線の方程式・発散・Laplace 作用素・曲率テンソルを座標で計算するときの基本の道具である。座標変換で 2 階偏導関数の項が加わるので、テンソル場の成分ではない。

$$\newcommand{C}[0]{\mathbb{C}} \newcommand{div}[0]{\mathbin{÷}} \newcommand{N}[0]{\mathbb{N}} \newcommand{Q}[0]{\mathbb{Q}} \newcommand{R}[0]{\mathbb{R}} \newcommand{Z}[0]{\mathbb{Z}} $$

前提知識: Riemann計量, Riemann接続, 局所座標, テンソル解析

Riemann 多様体の上でベクトル場を微分するには、Levi-Civita 接続 $\nabla$(Riemann接続)を使う。局所座標をとると、$\nabla$ は座標ベクトル場どうしの共変微分 $\nabla_{\partial_i}\partial_j$ で決まり、その係数は計量の成分 $g_{ij}$ とその 1 階偏導関数だけで書ける。この係数を Christoffel 記号(Christoffel symbols)という。
$$ \Gamma^k_{ij}=\frac12g^{kl}\bigl(\partial_ig_{jl}+\partial_jg_{il}-\partial_lg_{ij}\bigr) $$
Christoffel 記号は、座標で計算するときの基本の道具である。測地線の方程式、ベクトル場の発散、Laplace 作用素、曲率テンソルは、どれも Christoffel 記号を通して計量から計算される。一方で、Christoffel 記号はテンソルの成分ではない。平面の直交座標ではすべて $0$ だが、極座標では $0$ でない。この記事では次のことを示す。

  1. Levi-Civita 接続の接続係数が上の式で与えられること。逆に、この式で座標ごとに定めた接続は捩れがなく計量と両立すること。→ thm-chr-main
  2. 座標を取り替えたときの変換則と、テンソルでないこと。→ prop-chr-transformation、ex-chr-not-tensor
  3. 縮約 $\Gamma^i_{ij}$ が体積要素の対数微分であること。発散と Laplace 作用素の座標表示。→ prop-chr-contracted
  4. エネルギーの Euler–Lagrange 方程式から Christoffel 記号を読み取る方法。→ prop-chr-lagrange
    計量0 でない Christoffel 記号(添字の対称性を除く)
    平面の極座標 $dr^2+r^2d\theta^2$$\Gamma^r_{\theta\theta}=-r$、$\Gamma^\theta_{r\theta}=1/r$
    回転面 $du^2+f(u)^2dv^2$$\Gamma^u_{vv}=-ff'$、$\Gamma^v_{uv}=f'/f$
    上半平面 $(dx^2+dy^2)/y^2$$\Gamma^x_{xy}=-1/y$、$\Gamma^y_{xx}=1/y$、$\Gamma^y_{yy}=-1/y$
    共形平坦 $e^{2u}\sum_i(dx^i)^2$$\Gamma^k_{ij}=\delta_{ik}\partial_ju+\delta_{jk}\partial_iu-\delta_{ij}\partial_ku$
    表の値は ex-chr-diagonal と ex-chr-conformal で計算する。

定義

以下、$(M,g)$ を $n$ 次元の Riemann多様体 とする(計量が各点で非退化であることしか使わないので、擬Riemann多様体 でも同じである)。局所座標 $(x^1,\dots,x^n)$ について $\partial_i:=\partial/\partial x^i$、$g_{ij}:=g(\partial_i,\partial_j)$ とし、$(g^{ij})$ を行列 $(g_{ij})$ の逆行列とする。同じ添字が上下に現れたら和をとる(Einstein の規約、テンソル解析)。

Christoffel 記号

局所座標 $(x^i)$ について
$$ \Gamma_{kij}:=\frac12\bigl(\partial_ig_{jk}+\partial_jg_{ik}-\partial_kg_{ij}\bigr),\qquad \Gamma^k_{ij}:=g^{kl}\Gamma_{lij} $$
とおく。$\Gamma^k_{ij}$ を計量 $g$ のこの座標に関する Christoffel 記号(第 2 種の Christoffel 記号)、$\Gamma_{kij}$ を 第 1 種の Christoffel 記号 という。どちらも $i,j$ について対称で、$\Gamma_{kij}=g_{kl}\Gamma^l_{ij}$ である。

定義から、Christoffel 記号は各点で $g_{ij}$ とその 1 階偏導関数の値だけで決まる。$g_{ij}$ が定数の座標では $0$ である。第 1 種の記号は $[ij,k]$ や $\Gamma_{ij,k}$ と書かれることもあり、添字の並べ方は文献ごとに違う。値はどれも上の $\Gamma_{kij}$ と同じ量である。
接続 $\nabla$ の 接続係数 を $\nabla_{\partial_i}\partial_j=C^k_{ij}\partial_k$ で定める。ベクトル場 $Y=Y^j\partial_j$ については
$$ \nabla_{\partial_i}Y=\bigl(\partial_iY^k+C^k_{ij}Y^j\bigr)\partial_k $$
である(Riemann接続 の定義「接続と接続係数」の 2 条件から直ちに従う)。主定理は、Levi-Civita 接続では $C^k_{ij}=\Gamma^k_{ij}$ となることを述べる。

主定理:Levi-Civita 接続の係数

Levi-Civita 接続と Christoffel 記号

$(U,(x^i))$ を $M$ の座標近傍とする。

  1. $(M,g)$ の Levi-Civita 接続 $\nabla$ の接続係数は Christoffel 記号に等しい:$\nabla_{\partial_i}\partial_j=\Gamma^k_{ij}\partial_k$。
  2. 逆に、$U$ の上で $\nabla_{\partial_i}\partial_j:=\Gamma^k_{ij}\partial_k$ によって定まる接続は、捩れがなく $g$ と両立する。

$U$ の上の接続 $\nabla$ の接続係数を $C^k_{ij}$ とし、$C_{kij}:=g_{kl}C^l_{ij}$ とおく。
段 1(2 つの条件の座標表示)。$\nabla$ に捩れがないことは、$[\partial_i,\partial_j]=0$ より $C^k_{ij}=C^k_{ji}$、すなわち $C_{kij}=C_{kji}$ と同値である(Riemann接続 の定義「捩率テンソル」)。$\nabla$ が $g$ と両立することは、$X=\partial_i$、$Y=\partial_j$、$Z=\partial_k$ についての条件 $X\,g(Y,Z)=g(\nabla_XY,Z)+g(Y,\nabla_XZ)$、すなわち
$$ \partial_ig_{jk}=C_{kij}+C_{jik}\qquad(\text{すべての }i,j,k)\qquad\text{(A)} $$
と同値である(差 $X\,g(Y,Z)-g(\nabla_XY,Z)-g(Y,\nabla_XZ)$ は $X,Y,Z$ について $C^\infty(U)$ 多重線形なので、座標ベクトル場で確かめれば十分である。Riemann接続 の定義「計量的な接続」の座標表示)。
段 2(1 の証明)。$\nabla$ を Levi-Civita 接続とすると、(A) と $C_{kij}=C_{kji}$ が成り立つ。(A) の添字を巡回させた 3 つの式
$$ \partial_ig_{jk}=C_{kij}+C_{jik},\qquad\partial_jg_{ik}=C_{kji}+C_{ijk},\qquad\partial_kg_{ij}=C_{jki}+C_{ikj} $$
の初めの 2 つを足して 3 つ目を引く。対称性 $C_{jik}=C_{jki}$、$C_{ijk}=C_{ikj}$、$C_{kji}=C_{kij}$ により右辺は $2C_{kij}$ になるので
$$ C_{kij}=\frac12\bigl(\partial_ig_{jk}+\partial_jg_{ik}-\partial_kg_{ij}\bigr)=\Gamma_{kij} $$
である。$g^{lk}$ を掛けて $k$ について和をとれば $C^l_{ij}=\Gamma^l_{ij}$ を得る。
段 3(2 の証明)。$C^k_{ij}:=\Gamma^k_{ij}$ とおくと $C_{kij}=\Gamma_{kij}$ で、これは $i,j$ について対称だから捩れはない。(A) の右辺は
$$ \Gamma_{kij}+\Gamma_{jik}=\frac12\bigl(\partial_ig_{jk}+\partial_jg_{ik}-\partial_kg_{ij}\bigr)+\frac12\bigl(\partial_ig_{kj}+\partial_kg_{ij}-\partial_jg_{ik}\bigr)=\partial_ig_{jk} $$
となり、(A) が成り立つ。よってこの接続は $g$ と両立する。$\square$

2 から、捩れがなく計量と両立する接続は各座標近傍の上に存在し、1 から、それはただ 1 つである。一意性により、2 つの座標近傍の重なりでは 2 つの座標で作った接続が一致するので、それらをつなげて $M$ 全体の接続が得られる。これはリーマン幾何学の基本定理(Riemann接続 の定理「リーマン幾何学の基本定理」)の座標による証明である。Koszul 公式を使う座標によらない証明も同じ記事にある。

共変微分の成分

主定理により、ベクトル場 $Y=Y^k\partial_k$ と 1 次微分形式 $\omega=\omega_kdx^k$ の共変微分の成分は
$$ \nabla_iY^k=\partial_iY^k+\Gamma^k_{ij}Y^j,\qquad\nabla_i\omega_j=\partial_i\omega_j-\Gamma^k_{ij}\omega_k $$
である(2 つ目は $\omega(Y)$ に積の規則を当てて得る)。一般のテンソル場では、上の添字ごとに $+\Gamma$ の項、下の添字ごとに $-\Gamma$ の項がつく(テンソル解析)。$\nabla g=0$ を成分で書いたものが (A) である。

性質

座標変換の規則

2 つの局所座標 $(x^i)$、$(y^a)$ に関する Christoffel 記号を $\Gamma^k_{ij}$、$\tilde\Gamma^c_{ab}$ とすると、共通の定義域の上で
$$ \tilde\Gamma^c_{ab}=\frac{\partial y^c}{\partial x^k}\left(\frac{\partial x^i}{\partial y^a}\frac{\partial x^j}{\partial y^b}\Gamma^k_{ij}+\frac{\partial^2x^k}{\partial y^a\partial y^b}\right) $$
が成り立つ。

主定理により、両辺はどちらも Levi-Civita 接続 $\nabla$ の接続係数である。$\partial/\partial y^b=(\partial x^j/\partial y^b)\partial_j$ に接続の 2 条件を使うと
$$ \nabla_{\partial/\partial y^a}\frac{\partial}{\partial y^b}=\frac{\partial^2x^k}{\partial y^a\partial y^b}\partial_k+\frac{\partial x^i}{\partial y^a}\frac{\partial x^j}{\partial y^b}\Gamma^k_{ij}\partial_k $$
である。$\partial_k=(\partial y^c/\partial x^k)\,\partial/\partial y^c$ を代入して $\partial/\partial y^c$ の係数を比べればよい。$\square$

右辺の第 1 項だけなら、$(1,2)$ 型テンソルの成分の変換則である。第 2 項は座標変換の 2 階偏導関数を含み、座標変換が 1 次式でない限り一般には消えない。

反例:Christoffel 記号はテンソルの成分でない

平面 $\mathbb R^2$ の Euclid 計量 $dx^2+dy^2$ では、直交座標で $g_{ij}=\delta_{ij}$ が定数なので Christoffel 記号はすべて $0$ である。極座標 $(r,\theta)$ では $g=dr^2+r^2d\theta^2$ で、ex-chr-diagonal により $\Gamma^r_{\theta\theta}=-r\neq0$ である。
テンソル場の成分の変換則は成分について 1 次で斉次なので、ある座標ですべての成分が $0$ のテンソル場は、どの座標でもすべての成分が $0$ である。したがって、Christoffel 記号を成分にもつ $(1,2)$ 型テンソル場はない。この例は「添字が 3 つあり、どの座標でも定義される量」であっても「テンソル場の成分」であるとは限らないことを示す。一方、prop-chr-transformation と同じ変換則は任意の接続の接続係数について成り立ち(証明は接続の 2 条件しか使わない)、2 つの接続の接続係数の差では第 2 項が打ち消し合うので、差は $(1,2)$ 型テンソル場の成分になる。

縮約した Christoffel 記号

$|g|:=|\det(g_{ij})|$ とおくと
$$ \Gamma^i_{ij}=\partial_j\log\sqrt{|g|} $$
である。したがって、ベクトル場 $X=X^i\partial_i$ の発散 $\operatorname{div}X:=\nabla_iX^i$($\nabla X$ のトレース)と、関数 $f$ の Laplace–Beltrami 作用素 $\Delta f:=\operatorname{div}(\operatorname{grad}f)$ は
$$ \operatorname{div}X=\frac1{\sqrt{|g|}}\partial_i\bigl(\sqrt{|g|}\,X^i\bigr),\qquad\Delta f=\frac1{\sqrt{|g|}}\partial_i\bigl(\sqrt{|g|}\,g^{ij}\partial_jf\bigr) $$
と書ける。

定義から
$$ \Gamma^i_{ij}=\frac12g^{il}\bigl(\partial_ig_{jl}+\partial_jg_{il}-\partial_lg_{ij}\bigr) $$
である。第 1 項と第 3 項の和 $g^{il}\partial_ig_{jl}-g^{il}\partial_lg_{ij}$ は、第 3 項で和の文字 $i,l$ を入れ替えると $g^{li}\partial_ig_{lj}$ になり、$g^{il}=g^{li}$、$g_{jl}=g_{lj}$ より第 1 項と打ち消し合う。よって $\Gamma^i_{ij}=\frac12g^{il}\partial_jg_{il}$ である。一方、行列式の微分の公式(Jacobi の公式)$\partial_j\det(g)=\det(g)\,g^{il}\partial_jg_{il}$ から
$$ \partial_j\log\sqrt{|g|}=\frac12\,\frac{\partial_j\det(g)}{\det(g)}=\frac12g^{il}\partial_jg_{il} $$
である($\det(g)$ は $0$ にならないので符号は一定で、$\log|\det g|$ が微分できる)。2 つを比べて第 1 の式を得る。
rem-chr-components より $\nabla_iX^i=\partial_iX^i+\Gamma^i_{ij}X^j=\partial_iX^i+X^j\partial_j\log\sqrt{|g|}$ で、これは $\frac1{\sqrt{|g|}}\partial_i(\sqrt{|g|}X^i)$ に等しい。$\operatorname{grad}f$ の成分は $g^{ij}\partial_jf$ なので、第 3 の式はこれを第 2 の式に代入したものである。$\square$

たとえば平面の極座標では $\sqrt{|g|}=r$ なので、$\Delta f=\dfrac1r\partial_r(rf_r)+\dfrac1{r^2}f_{\theta\theta}=f_{rr}+\dfrac{f_r}r+\dfrac{f_{\theta\theta}}{r^2}$ を得る。Christoffel 記号をすべて計算しなくても、体積要素 $\sqrt{|g|}$ だけで発散と Laplace 作用素が書けることがこの命題の要点である。

測地線の方程式と Lagrange の方法

曲線 $\gamma$ の座標成分を $x^k(t)$ と書くと、$\gamma$ が測地線であることは
$$ \ddot x^k+\Gamma^k_{ij}(x)\,\dot x^i\dot x^j=0\qquad(k=1,\dots,n) $$
と同値である(測地線 の節「座標方程式と初期値」、Lee18 (4.16)(p. 103))。実際の計算では、Christoffel 記号を 1 つずつ公式に代入するより、次の恒等式を使うほうが速いことが多い。

エネルギーの Euler–Lagrange 方程式

座標近傍の中の $C^2$ 級の曲線 $x(t)$ について、$L(x,\dot x):=\frac12g_{ij}(x)\dot x^i\dot x^j$ とおくと
$$ \frac{d}{dt}\frac{\partial L}{\partial\dot x^k}-\frac{\partial L}{\partial x^k}=g_{kl}\bigl(\ddot x^l+\Gamma^l_{ij}\dot x^i\dot x^j\bigr) $$
が成り立つ。とくに、$x(t)$ が測地線であることは、$L$ の Euler–Lagrange 方程式が成り立つことと同値である。

$\partial L/\partial\dot x^k=g_{kj}\dot x^j$、$\partial L/\partial x^k=\frac12\partial_kg_{ij}\,\dot x^i\dot x^j$ である。前者を $t$ で微分すると $g_{kj}\ddot x^j+\partial_ig_{kj}\,\dot x^i\dot x^j$ で、$\dot x^i\dot x^j$ が $i,j$ について対称なので $\partial_ig_{kj}\,\dot x^i\dot x^j=\frac12(\partial_ig_{jk}+\partial_jg_{ik})\dot x^i\dot x^j$ と書ける。よって左辺は
$$ g_{kj}\ddot x^j+\frac12\bigl(\partial_ig_{jk}+\partial_jg_{ik}-\partial_kg_{ij}\bigr)\dot x^i\dot x^j=g_{kl}\ddot x^l+\Gamma_{kij}\dot x^i\dot x^j=g_{kl}\bigl(\ddot x^l+\Gamma^l_{ij}\dot x^i\dot x^j\bigr) $$
である。$(g_{kl})$ は可逆なので、左辺がすべての $k$ で $0$ であることと、測地線の方程式とは同値である。$\square$

使い方:$L$ の Euler–Lagrange 方程式を $\ddot x^k+(\dot x\text{ の 2 次式})=0$ の形に解き、その 2 次式の $\dot x^i\dot x^i$ の係数を $\Gamma^k_{ii}$、$i\neq j$ の $\dot x^i\dot x^j$ の係数を $2\Gamma^k_{ij}$ と読む($\Gamma^k_{ij}=\Gamma^k_{ji}$ の 2 項が合わさるため)。

例

対角な計量

$g=\sum_ih_i(x)(dx^i)^2$($h_i>0$、非対角成分は $0$)とする。添字について和をとらずに書くと
$$ \Gamma^k_{ij}=0\ \ (i,j,k\text{ が相異なる}),\qquad\Gamma^i_{ii}=\frac{\partial_ih_i}{2h_i},\qquad\Gamma^i_{ij}=\Gamma^i_{ji}=\frac{\partial_jh_i}{2h_i},\qquad\Gamma^j_{ii}=-\frac{\partial_jh_i}{2h_j}\quad(i\neq j) $$
である。実際 $g^{kl}=\delta^{kl}/h_k$ なので $\Gamma^k_{ij}=\frac1{2h_k}(\partial_ig_{jk}+\partial_jg_{ik}-\partial_kg_{ij})$ で、$g_{ab}$ は $a=b$ のときだけ $0$ でないから、括弧の中で残る項を場合ごとに拾えばよい。
(1) 平面の極座標 $dr^2+r^2d\theta^2$:$h_r=1$、$h_\theta=r^2$ から $\Gamma^r_{\theta\theta}=-r$、$\Gamma^\theta_{r\theta}=1/r$ で、ほかは $0$ である。
(2) 回転面 $du^2+f(u)^2dv^2$($f>0$):$\Gamma^u_{vv}=-ff'$、$\Gamma^v_{uv}=f'/f$ である。$f=\sin u$ とすれば単位球面の極座標の値(Riemann接続 の例「2次元球面」)になる。

共形平坦な計量と上半平面

$U\subset\mathbb R^n$ を開集合、$u$ を $U$ 上の滑らかな関数とし、$g=e^{2u}\sum_i(dx^i)^2$ とする。$u_i:=\partial_iu$ と書くと
$$ \Gamma^k_{ij}=\delta_{ik}u_j+\delta_{jk}u_i-\delta_{ij}u_k $$
である。実際 $g_{jl}=e^{2u}\delta_{jl}$、$\partial_ig_{jl}=2u_ie^{2u}\delta_{jl}$、$g^{kl}=e^{-2u}\delta^{kl}$ を定義に代入すると
$$ \Gamma^k_{ij}=\frac12e^{-2u}\cdot2e^{2u}\bigl(u_i\delta_{jk}+u_j\delta_{ik}-u_k\delta_{ij}\bigr) $$
となる。
上半平面 $\{(x,y)\mid y>0\}$ の計量 $(dx^2+dy^2)/y^2$ は $u=-\log y$ の場合で、$u_x=0$、$u_y=-1/y$ から
$$ \Gamma^x_{xy}=-\frac1y,\qquad\Gamma^y_{xx}=\frac1y,\qquad\Gamma^y_{yy}=-\frac1y,\qquad\Gamma^x_{xx}=\Gamma^x_{yy}=\Gamma^y_{xy}=0 $$
である。prop-chr-lagrange で確かめると、$L=\frac{\dot x^2+\dot y^2}{2y^2}$ の Euler–Lagrange 方程式は
$$ \ddot x-\frac2y\dot x\dot y=0,\qquad\ddot y+\frac1y\dot x^2-\frac1y\dot y^2=0 $$
で、$\dot x\dot y$ の係数 $-2/y$ が $2\Gamma^x_{xy}$ に、$\dot x^2$ の係数 $1/y$ が $\Gamma^y_{xx}$ に当たる。$x$ が一定で $y=e^t$ の曲線はこの方程式を満たすので、縦の半直線 $\{x=\text{定数},\ y>0\}$ は(この径数で)測地線である(双曲幾何学)。

上半平面の Euler–Lagrange 方程式の計算を開く

$\partial L/\partial\dot x=\dot x/y^2$ の時間微分は $\ddot x/y^2-2\dot x\dot y/y^3$ で、$\partial L/\partial x=0$ なので、$y^2$ を掛けて第 1 式を得る。$\partial L/\partial\dot y=\dot y/y^2$ の時間微分は $\ddot y/y^2-2\dot y^2/y^3$、$\partial L/\partial y=-(\dot x^2+\dot y^2)/y^3$ なので、差は $\ddot y/y^2-2\dot y^2/y^3+(\dot x^2+\dot y^2)/y^3$ で、$y^2$ を掛けて第 2 式を得る。$x=$ 定数、$y=e^t$ では $\dot x=0$、$\ddot y=\dot y^2/y=e^t$ なので両式が成り立つ。

例と反例

Christoffel 記号は計量から計算される量だが、計量の性質をそのまま映すわけではない。

主張反例成り立たなくなる理由
Christoffel 記号は $(1,2)$ 型テンソル場の成分である平面の直交座標と極座標(ex-chr-not-tensor)変換則に 2 階偏導関数の項がある
1 点で Christoffel 記号がすべて $0$ なら、その点で曲率は $0$ である$4(dx^2+dy^2)/(1+x^2+y^2)^2$ の原点(ex-chr-not-flat)曲率は Christoffel 記号の 1 階偏導関数を含む
反例:1 点で消えても平坦とは限らない

$\mathbb R^2$ の計量 $g=\lambda^2(dx^2+dy^2)$、$\lambda=\dfrac2{1+x^2+y^2}$ を考える。ex-chr-conformal で $u=\log\lambda=\log2-\log(1+x^2+y^2)$ とすると $u_x=-\dfrac{2x}{1+x^2+y^2}$、$u_y=-\dfrac{2y}{1+x^2+y^2}$ は原点で $0$ なので、原点で Christoffel 記号はすべて $0$ である。しかしこの計量は単位球面から 1 点を除いたものの立体射影による表示で、Gauss 曲率はいたるところ $1$ である(空間形 の定理「定曲率の共形モデル」で $n=2$、$c=1$ とした場合)。
曲率テンソルの成分は $R^i{}_{jkl}=\partial_k\Gamma^i_{lj}-\partial_l\Gamma^i_{kj}+\Gamma^i_{ka}\Gamma^a_{lj}-\Gamma^i_{la}\Gamma^a_{kj}$ で与えられ(Riemann曲率テンソル の命題「成分の公式」)、Christoffel 記号の値が $0$ でもその偏導関数は $0$ とは限らない。どの点でも、その点で Christoffel 記号が消える座標がとれる(Riemann接続 の命題「接続係数が消える座標」、正規座標)ので、1 点での値だけでは曲率について何も分からない。これに対し、連結な近傍全体で Christoffel 記号が恒等的に $0$ なら、その近傍で $g_{ij}$ は定数で、計量は平坦である(Riemann接続 の命題「接続係数が恒等的に消える座標」)。

補足

記法と流儀

Christoffel 記号は $\left\{{k\atop ij}\right\}$ と書かれることもある。下の 2 つの添字の順序(どちらが微分の方向か)は文献によって違うが、Levi-Civita 接続では $\Gamma^k_{ij}=\Gamma^k_{ji}$ なので違いは生じない(捩れのある接続の接続係数では順序が意味をもつ)。定義と thm-chr-main の証明は計量の非退化性しか使わないので、Lorentz 計量などの擬 Riemann 計量でもそのまま成り立つ(Riemann接続 の例「Schwarzschild 計量」、Lee18 Corollary 5.11(pp. 123–124))。

曲面の第 1 基本形式 $E,F,G$ についての Christoffel 記号は、Gauss の驚異の定理の証明で Gauss 曲率を $E,F,G$ だけで表すのに使われる(Gaussの驚異の定理)。部分多様体では、外の空間の Levi-Civita 接続と部分多様体自身の Levi-Civita 接続の差が 第2基本形式 である(Gauss の公式)。

関連項目

参考文献

[1]
John M. Lee, Introduction to Riemannian Manifolds, Graduate Texts in Mathematics 176, Springer, 2018, 測地線の方程式 (4.16)(p. 103)、Corollary 5.11(Levi-Civita 接続の公式と Christoffel 記号、pp. 123–124)

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