令 γ(t)
為一 C∞
-affine manifold (Mn,∇)
上一 C∞
-曲線,我們定義當
∇dtdγdtdγ=0
對所有 t
成立時,γ
為一測地線。只要參考切向量場沿著某一曲線如何被視為平行定義的推廣就可以直觀的看出測地線的幾何意義。
藉由座標 γ(t)=(xi(t))
,可將 γ
表達為
dtdγ=dtdxi∂xi∂
故推導當 γ
為一測地線時,有方程式
0=∇dtdxi∂idtdxj∂xj=dtdxi∇∂idtdxj∂jby linear=dtdxi((∂idtdxj)∂j+dtdxj∇∂i∂j)by Leibniz=dtdxi(∂idtdxj)∂j+dtdxidtdxj∇∂i∂j=dtdxidtdxj∇∂i∂j+dtdxi(∂idtdxj)∂j=dtdxidtdxj∇∂i∂j+dtd(dtdxj)∂jby chain rule=dtdxidtdxj∇∂i∂j+dt2d2xj∂j=dtdxidtdxj∇∂i∂j+dt2d2xk∂k=dtdxidtdxjΓijk∂k+dt2d2xk∂kby ∇∂i∂j=Γijk∂k=(dtdxidtdxjΓijk+dt2d2xk)∂k
因此測地線方程組就是指
dt2d2xk+dtdxidtdxjΓijk=0,∀k=1,…,n