Produit interne, algèbre géométrique graduée

Bonjour
Considérons $\Big(\overrightarrow{e_{1}};\overrightarrow{e_{2}}\Big)$ une base orthonormée directe du plan vectoriel euclidien orienté usuel $\overrightarrow{{\cal P}}$.
À partir de ce plan vectoriel $\overrightarrow{{\cal P}}$ (de dimension 2), nous avons deux espaces vectoriels de dimensions 1 et obtenons un nouvel espace vectoriel :$$\overrightarrow{\R}\bigoplus\overrightarrow{{\cal P}}\bigoplus\R\;\overrightarrow{e_{1}}\wedge\overrightarrow{e_{2}}$$ appelé algèbre graduée et $\overrightarrow{e_{1}}\wedge\overrightarrow{e_{2}}$ est le produit extérieur (ce n'est pas le produit vectoriel).
Le produit interne (i.e. c'est le produit scalaire) de deux vecteurs est noté $\overrightarrow{u}\centerdot\overrightarrow{v}$.

Soit $\overrightarrow{u}$, $\overrightarrow{a}$ et $\overrightarrow{b}$ trois vecteurs de $\overrightarrow{{\cal P}}$. Alors :$$\overrightarrow{u}\centerdot\Big(\overrightarrow{a}\wedge\overrightarrow{b}\Big)=\Big(\overrightarrow{u}\centerdot\overrightarrow{a}\Big)\;\overrightarrow{b}-\Big(\overrightarrow{u}\centerdot\overrightarrow{b}\Big)\;\overrightarrow{a}$$ et $$\Big(\overrightarrow{a}\wedge\overrightarrow{b}\Big)\centerdot\overrightarrow{u}=\Big(\overrightarrow{u}\centerdot\overrightarrow{b}\Big)\;\overrightarrow{a}-\Big(\overrightarrow{u}\centerdot\overrightarrow{a}\Big)\;\overrightarrow{b}
$$ Le produit interne entre deux vecteurs est le produit scalaire usuel, pourquoi le produit interne entre un vecteur et un bi-vecteur est antisymétrique ? L'un induit une rotation d'angle $\frac{\pi}{2}$ sur $\overrightarrow{{\cal P}}$ tandis que l'autre induit une rotation d'angle $-\frac{\pi}{2}$ sur $\overrightarrow{{\cal P}}$.
D'après ce que j'ai vu, de façon générale, il y a un $(-1)^{k+1}$ qui traîne où $k$ est la dimension du $k$-vecteur.

Ma question : soit $\overrightarrow{u}$ un vecteur, $\overrightarrow{A_k}$ un $k$-vecteur pur, pourquoi a-t-on $$\overrightarrow{u}\centerdot \overrightarrow{A_k}=(-1)^{k+1} \overrightarrow{A_k}\centerdot \overrightarrow{u}
$$ Merci.
Lionel

Réponses

  • Bonjour

    La réponse se trouve dans le livre de G. Pagis "G.A. Maths Physique pour demain", au chapitre "Réapprendre la multiplication".

    Avec les notations de ce livre les vecteurs s'écrivent en gras, sans flèche (c'est la convention anglo-saxonne, celle de David Hestenes).

    On écrit le vecteur u comme somme d'un vecteur parallèle à Ak (la projection de u sur Ak) et d'un vecteur orthogonal à Ak (la réjection de u par Ak). En notant u// la partie parallèle (projection) on a :

    u . Ak = u// . Ak = u// Ak

    Pour le cas k=2 on peut écrire le bivecteur comme produit extérieur de u// par un autre vecteur b. Si l'on choisit b orthogonal à u// on peut remplacer le produit extérieur par le produit géométrique, cela allège un peu l'écriture sans rien changer au raisonnement. On a ainsi :

    u . B = u//u//b = u//² b

    Ce qui est un vecteur colinéaire à b puisque le carré du vecteur u// est un scalaire.

    Pour réaliser la contraction à partir de l'autre expression il faut réaliser une permutation dans l'expression du bivecteur afin d'amener u// à droite, et cette permutation amène un signe moins :

    B . u = ( u//b ) u//
    = (- b u// ) u// = - b u//² = - u . B

    Pour le cas général du produit intérieur d'un vecteur par un k-vecteur il faut réaliser k-1 permutations pour déplacer u// de la première à la dernière position, d'où le facteur (-1)k-1.


    Un raisonnement analogue peut être appliqué au produit extérieur d'un vecteur par un k-vecteur. C'est alors la réjection qui intervient, et il faut cette fois k permutations pour l'amener de la première à la dernière position, d'où un facteur (-1)k.

    En d'autres termes, si k est pair le produit intérieur d'un vecteur par un k-vecteur est antisymétrique et le produit extérieur est symétrique. Si k est impair c'est le contraire, et notamment pour k=1 : le produit intérieur de deux vecteurs est symétrique (c'est le produit scalaire usuel), et le produit extérieur de deux vecteurs est antisymétrique.

    Cordialement
  • Merci pour ta réponse.

    Lionel
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