2°. Специальные системы координат
В дальнейшем нам понадобятся координатные системы, в которых коэффициенты обладают некоторыми полезными свойствами.
А. Покажем, что в окрестности произвольной точки всегда можно выбрать криволинейные координаты так, чтобы коэффициенты в этой точке обращались в нуль:
Пусть криволинейные координаты, заданные в окрестности фиксированной точки
Для простоты вычислений будем считать, что точка имеет нулевые координаты:
Введем в окрестности точки новые координаты посредством следующих формул:
Ясно, что
Запишем формулы (4) в удобном для последующего виде:
(достаточно умножить обе части на и просуммировать по
Вычислим в точке значения производных - и
Продифференцируем равенства (5) по
Отсюда в силу симметричности коэффициентов получаем, что
Найдем выражение для вторых производных.
Имеем
Полагая в формулах (7), (8) , получаем, что в точке
Рассмотрим равенства (6) в точке При подстановке в них найденных выражений для производных приходим к следующим формулам:
Отсюда с учетом свойств символа Кронекера получаем, что
Покажем, что в окрестности произвольной точкй всегда можно выбрать систему координат так, что величины
в точке равны нулю:
Пусть координаты, заданные в окрестности точки
Введем новые координаты при помощи следующих формул:
Нетрудно проверить, что в точке
Вновь обратимся к формулам (6) преобразования символов Кристоффеля
Найдем производную от левой и от правой частей соотношения (6):
левая часть
правая часть
Рассматривая последние два равенства в точке и учитывая формулы (11), получаем, что
Аналогично находим
Складывая последние три соотношения и замечая, что
приходим к требуемому равенству