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