Derivación de la ecuación de desviación geodésica de dos geodésicas vecinas

Estoy atascado tratando de seguir la derivación de Foster y Nightingale de la ecuación geodésica de dos geodésicas vecinas X a ( tu ) y X ~ a ( tu ) unidos por un vector conector ξ ( tu ) . Mi problema puede ser que no estoy seguro de qué significa "primer orden" en el contexto de esta derivación. Y allí de nuevo puede que no.

Lo sabemos

X ~ a = X a + ξ a .
Y, a primer orden
Γ ~ b C a = Γ b C a + d Γ b C a ξ d .

Las dos ecuaciones geodésicas son:

d 2 X ~ a d tu 2 + Γ ~ b C a d X ~ b d tu d X ~ C d tu = 0

y

d 2 X a d tu 2 + Γ b C a d X b d tu d X C d tu = 0.

Resta la segunda ecuación geodésica de la primera ecuación geodésica para obtener

d 2 ξ a d tu 2 + Γ ~ b C a d X ~ b d tu d X ~ C d tu Γ b C a d X b d tu d X C d tu = 0.
Sustituyendo las ecuaciones anteriores por X ~ a y Γ ~ b C a en esto y termino con

d 2 ξ a d tu 2 + Γ b C a d X b d tu d ξ C d tu + Γ b C a d ξ b d tu d X C d tu + d Γ b C a ξ d d X b d tu d X C d tu + d Γ b C a ξ d d X b d tu d ξ C d tu + d Γ b C a ξ d d ξ b d tu d X C d tu = 0.
Esto es correcto, pero solo si puedo omitir los dos últimos términos ( d Γ b C a ξ d d X b d tu d ξ C d tu ) y ( d Γ b C a ξ d d ξ b d tu d X C d tu ) . Foster y Nightingale dicen que “sólo de primer orden [en ξ a ] se han mantenido los términos”. Pero, ¿por qué estos dos términos son de segundo orden? Hace ξ d d ξ C d tu cuenta como un término de segundo orden en ξ a ? Gracias

Las preguntas en las que la respuesta puede ser "sí" generalmente están mal vistas... pero la respuesta es sí.

Respuestas (1)

si, piensa en ξ como un vector unitario y reemplace todas sus instancias con ϵ ξ dónde ϵ es un número pequeño. Entonces verás que esos dos términos son de segundo orden en ϵ .

Gracias, pero todavía no veo por qué algo multiplicado por la derivada de ese algo debería ser de segundo orden. Cómo lo sabemos d ξ C d tu es un numero pequeño? Supongo que segundo orden en esta derivación significa algo al cuadrado, no una ecuación diferencial de segundo orden.
Piense en ello como una expansión de la serie Taylor (que es exactamente lo que es). No importa cuán grande d ξ d tu es, por un pequeño ϵ , ϵ 2 ξ d ξ d tu será orden ϵ más pequeño que cualquiera ϵ ξ o ϵ d ξ d tu y por lo tanto despreciable. Recuerde que la expresión anterior sólo es válida a primer orden en ϵ ξ en primer lugar (ver la definición de Γ ¯ )