]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - check/exam_indexed.cpp
print_tree: only print the "nops=" line when nops() > 0
[ginac.git] / check / exam_indexed.cpp
index 11182cb9f3479c051ffa1fa6cb7cf2b5c530f0db..69816a74bcf81c34160d69fddf6a8b9344163340 100644 (file)
@@ -3,7 +3,7 @@
  *  Here we test manipulations on GiNaC's indexed objects. */
 
 /*
- *  GiNaC Copyright (C) 1999-2001 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+ *  GiNaC Copyright (C) 1999-2003 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
  *
  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
@@ -44,7 +44,18 @@ static unsigned check_equal_simplify(const ex &e1, const ex &e2)
        return 0;
 }
 
-static unsigned delta_check(void)
+static unsigned check_equal_simplify(const ex &e1, const ex &e2, const scalar_products &sp)
+{
+       ex e = simplify_indexed(e1, sp) - e2;
+       if (!e.is_zero()) {
+               clog << "simplify_indexed(" << e1 << ")-" << e2 << " erroneously returned "
+                    << e << " instead of 0" << endl;
+               return 1;
+       }
+       return 0;
+}
+
+static unsigned delta_check()
 {
        // checks identities of the delta tensor
 
@@ -70,7 +81,7 @@ static unsigned delta_check(void)
        return result;
 }
 
-static unsigned metric_check(void)
+static unsigned metric_check()
 {
        // checks identities of the metric tensor
 
@@ -103,28 +114,123 @@ static unsigned metric_check(void)
        return result;
 }
 
-static unsigned symmetry_check(void)
+static unsigned epsilon_check()
+{
+       // checks identities of the epsilon tensor
+
+       unsigned result = 0;
+
+       symbol s_mu("mu"), s_nu("nu"), s_rho("rho"), s_sigma("sigma"), s_tau("tau");
+       symbol d("d");
+       varidx mu(s_mu, 4), nu(s_nu, 4), rho(s_rho, 4), sigma(s_sigma, 4), tau(s_tau, 4);
+       varidx mu_co(s_mu, 4, true), nu_co(s_nu, 4, true), rho_co(s_rho, 4, true), sigma_co(s_sigma, 4, true), tau_co(s_tau, 4, true);
+
+       // antisymmetry
+       result += check_equal(lorentz_eps(mu, nu, rho, sigma) + lorentz_eps(sigma, rho, mu, nu), 0);
+
+       // convolution is zero
+       result += check_equal(lorentz_eps(mu, nu, rho, nu_co), 0);
+       result += check_equal(lorentz_eps(mu, nu, mu_co, nu_co), 0);
+       result += check_equal_simplify(lorentz_g(mu_co, nu_co) * lorentz_eps(mu, nu, rho, sigma), 0);
+
+       // contraction with symmetric tensor is zero
+       result += check_equal_simplify(lorentz_eps(mu, nu, rho, sigma) * indexed(d, sy_symm(), mu_co, nu_co), 0);
+       result += check_equal_simplify(lorentz_eps(mu, nu, rho, sigma) * indexed(d, sy_symm(), nu_co, sigma_co, rho_co), 0);
+       result += check_equal_simplify(lorentz_eps(mu, nu, rho, sigma) * indexed(d, mu_co) * indexed(d, nu_co), 0);
+       result += check_equal_simplify(lorentz_eps(mu_co, nu, rho, sigma) * indexed(d, mu) * indexed(d, nu_co), 0);
+       ex e = lorentz_eps(mu, nu, rho, sigma) * indexed(d, mu_co) - lorentz_eps(mu_co, nu, rho, sigma) * indexed(d, mu);
+       result += check_equal_simplify(e, 0);
+
+       // contractions of epsilon tensors
+       result += check_equal_simplify(lorentz_eps(mu, nu, rho, sigma) * lorentz_eps(mu_co, nu_co, rho_co, sigma_co), -24);
+       result += check_equal_simplify(lorentz_eps(tau, nu, rho, sigma) * lorentz_eps(mu_co, nu_co, rho_co, sigma_co), -6 * delta_tensor(tau, mu_co));
+
+       return result;
+}
+
+DECLARE_FUNCTION_2P(symm_fcn)
+REGISTER_FUNCTION(symm_fcn, set_symmetry(sy_symm(0, 1)));
+DECLARE_FUNCTION_2P(anti_fcn)
+REGISTER_FUNCTION(anti_fcn, set_symmetry(sy_anti(0, 1)));
+
+static unsigned symmetry_check()
 {
        // check symmetric/antisymmetric objects
 
        unsigned result = 0;
 
-       symbol s_i("i"), s_j("j"), s_k("k");
-       idx i(s_i, 3), j(s_j, 3), k(s_k, 3);
-       symbol A("A");
-       ex e, e1, e2;
+       idx i(symbol("i"), 3), j(symbol("j"), 3), k(symbol("k"), 3), l(symbol("l"), 3);
+       symbol A("A"), B("B"), C("C");
+       ex e;
+
+       result += check_equal(indexed(A, sy_symm(), i, j), indexed(A, sy_symm(), j, i));
+       result += check_equal(indexed(A, sy_anti(), i, j) + indexed(A, sy_anti(), j, i), 0);
+       result += check_equal(indexed(A, sy_anti(), i, j, k) - indexed(A, sy_anti(), j, k, i), 0);
+       e = indexed(A, sy_symm(), i, j, k) *
+           indexed(B, sy_anti(), l, k, i);
+       result += check_equal_simplify(e, 0);
+       e = indexed(A, sy_symm(), i, i, j, j) *
+           indexed(B, sy_anti(), k, l); // GiNaC 0.8.0 had a bug here
+       result += check_equal_simplify(e, e);
+
+       symmetry R = sy_symm(sy_anti(0, 1), sy_anti(2, 3));
+       e = indexed(A, R, i, j, k, l) + indexed(A, R, j, i, k, l);
+       result += check_equal(e, 0);
+       e = indexed(A, R, i, j, k, l) + indexed(A, R, i, j, l, k);
+       result += check_equal(e, 0);
+       e = indexed(A, R, i, j, k, l) - indexed(A, R, j, i, l, k);
+       result += check_equal(e, 0);
+       e = indexed(A, R, i, j, k, l) + indexed(A, R, k, l, j, i);
+       result += check_equal(e, 0);
+
+       e = indexed(A, i, j);
+       result += check_equal(symmetrize(e) + antisymmetrize(e), e);
+       e = indexed(A, sy_symm(), i, j, k, l);
+       result += check_equal(symmetrize(e), e);
+       result += check_equal(antisymmetrize(e), 0);
+       e = indexed(A, sy_anti(), i, j, k, l);
+       result += check_equal(symmetrize(e), 0);
+       result += check_equal(antisymmetrize(e), e);
+
+       e = (indexed(A, sy_anti(), i, j, k, l) * (indexed(B, j) * indexed(C, k) + indexed(B, k) * indexed(C, j)) + indexed(B, i, l)).expand();
+       result += check_equal_simplify(e, indexed(B, i, l));
+
+       result += check_equal(symm_fcn(0, 1) + symm_fcn(1, 0), 2*symm_fcn(0, 1));
+       result += check_equal(anti_fcn(0, 1) + anti_fcn(1, 0), 0);
+       result += check_equal(anti_fcn(0, 0), 0);
+
+       return result;
+}
+
+static unsigned scalar_product_check()
+{
+       // check scalar product replacement
+
+       unsigned result = 0;
 
-       result += check_equal(indexed(A, indexed::symmetric, i, j), indexed(A, indexed::symmetric, j, i));
-       result += check_equal(indexed(A, indexed::antisymmetric, i, j) + indexed(A, indexed::antisymmetric, j, i), 0);
-       result += check_equal(indexed(A, indexed::antisymmetric, i, j, k) - indexed(A, indexed::antisymmetric, j, k, i), 0);
+    idx i(symbol("i"), 3), j(symbol("j"), 3);
+    symbol A("A"), B("B"), C("C");
+       ex e;
+
+    scalar_products sp;
+    sp.add(A, B, 0); // A and B are orthogonal
+    sp.add(A, C, 0); // A and C are orthogonal
+    sp.add(A, A, 4); // A^2 = 4 (A has length 2)
+
+    e = (indexed(A + B, i) * indexed(A + C, i)).expand(expand_options::expand_indexed);
+       result += check_equal_simplify(e, indexed(B, i) * indexed(C, i) + 4, sp);
+       e = indexed(A, i, i) * indexed(B, j, j); // GiNaC 0.8.0 had a bug here
+       result += check_equal_simplify(e, e, sp);
 
        return result;
 }
 
-static unsigned edyn_check(void)
+static unsigned edyn_check()
 {
-       // relativistic electrodynamics: check transformation laws of electric
-       // and magnetic fields by applying a Lorentz boost to the field tensor
+       // Relativistic electrodynamics
+
+       // Test 1: check transformation laws of electric and magnetic fields by
+       // applying a Lorentz boost to the field tensor
 
        unsigned result = 0;
 
@@ -135,27 +241,19 @@ static unsigned edyn_check(void)
 
        // Lorentz transformation matrix (boost along x axis)
        matrix L(4, 4);
-       L.set(0, 0, gamma);
-       L.set(0, 1, -beta*gamma);
-       L.set(1, 0, -beta*gamma);
-       L.set(1, 1, gamma);
-       L.set(2, 2, 1);
-       L.set(3, 3, 1);
+       L(0, 0) = gamma;
+       L(0, 1) = -beta*gamma;
+       L(1, 0) = -beta*gamma;
+       L(1, 1) = gamma;
+       L(2, 2) = 1; L(3, 3) = 1;
 
        // Electromagnetic field tensor
-       matrix F(4, 4);
-       F.set(0, 1, -Ex);
-       F.set(1, 0, Ex);
-       F.set(0, 2, -Ey);
-       F.set(2, 0, Ey);
-       F.set(0, 3, -Ez);
-       F.set(3, 0, Ez);
-       F.set(1, 2, -Bz);
-       F.set(2, 1, Bz);
-       F.set(1, 3, By);
-       F.set(3, 1, -By);
-       F.set(2, 3, -Bx);
-       F.set(3, 2, Bx);
+       matrix F(4, 4, lst(
+                0, -Ex, -Ey, -Ez,
+               Ex,   0, -Bz,  By,
+               Ey,  Bz,   0, -Bx,
+               Ez, -By,  Bx,   0
+       ));
 
        // Indices
        symbol s_mu("mu"), s_nu("nu"), s_rho("rho"), s_sigma("sigma");
@@ -163,8 +261,8 @@ static unsigned edyn_check(void)
 
        // Apply transformation law of second rank tensor
        ex e = (indexed(L, mu, rho.toggle_variance())
-          * indexed(L, nu, sigma.toggle_variance())
-          * indexed(F, rho, sigma)).simplify_indexed();
+             * indexed(L, nu, sigma.toggle_variance())
+             * indexed(F, rho, sigma)).simplify_indexed();
 
        // Extract transformed electric and magnetic fields
        ex Ex_p = e.subs(lst(mu == 1, nu == 0)).normal();
@@ -182,10 +280,107 @@ static unsigned edyn_check(void)
        result += check_equal(By_p, gamma * (By + beta * Ez));
        result += check_equal(Bz_p, gamma * (Bz - beta * Ey));
 
+       // Test 2: check energy density and Poynting vector of electromagnetic field
+
+       // Minkowski metric
+       ex eta = diag_matrix(lst(1, -1, -1, -1));
+
+       // Covariant field tensor
+       ex F_mu_nu = (indexed(eta, mu.toggle_variance(), rho.toggle_variance())
+                   * indexed(eta, nu.toggle_variance(), sigma.toggle_variance())
+                   * indexed(F, rho, sigma)).simplify_indexed();
+
+       // Energy-momentum tensor
+       ex T = (-indexed(eta, rho, sigma) * F_mu_nu.subs(s_nu == s_rho) 
+               * F_mu_nu.subs(lst(s_mu == s_nu, s_nu == s_sigma))
+             + indexed(eta, mu.toggle_variance(), nu.toggle_variance())
+               * F_mu_nu.subs(lst(s_mu == s_rho, s_nu == s_sigma))
+               * indexed(F, rho, sigma) / 4).simplify_indexed() / (4 * Pi);
+
+       // Extract energy density and Poynting vector
+       ex E = T.subs(lst(s_mu == 0, s_nu == 0)).normal();
+       ex Px = T.subs(lst(s_mu == 0, s_nu == 1));
+       ex Py = T.subs(lst(s_mu == 0, s_nu == 2)); 
+       ex Pz = T.subs(lst(s_mu == 0, s_nu == 3));
+
+       // Check results
+       result += check_equal(E, (Ex*Ex+Ey*Ey+Ez*Ez+Bx*Bx+By*By+Bz*Bz) / (8 * Pi));
+       result += check_equal(Px, (Ez*By-Ey*Bz) / (4 * Pi));
+       result += check_equal(Py, (Ex*Bz-Ez*Bx) / (4 * Pi));
+       result += check_equal(Pz, (Ey*Bx-Ex*By) / (4 * Pi));
+
+       return result;
+}
+
+static unsigned spinor_check()
+{
+       // check identities of the spinor metric
+
+       unsigned result = 0;
+
+       symbol psi("psi");
+       spinidx A(symbol("A")), B(symbol("B")), C(symbol("C")), D(symbol("D"));
+       ex A_co = A.toggle_variance(), B_co = B.toggle_variance();
+       ex e;
+
+       e = spinor_metric(A_co, B_co) * spinor_metric(A, B);
+       result += check_equal_simplify(e, 2);
+       e = spinor_metric(A_co, B_co) * spinor_metric(B, A);
+       result += check_equal_simplify(e, -2);
+       e = spinor_metric(A_co, B_co) * spinor_metric(A, C);
+       result += check_equal_simplify(e, delta_tensor(B_co, C));
+       e = spinor_metric(A_co, B_co) * spinor_metric(B, C);
+       result += check_equal_simplify(e, -delta_tensor(A_co, C));
+       e = spinor_metric(A_co, B_co) * spinor_metric(C, A);
+       result += check_equal_simplify(e, -delta_tensor(B_co, C));
+       e = spinor_metric(A, B) * indexed(psi, B_co);
+       result += check_equal_simplify(e, indexed(psi, A));
+       e = spinor_metric(A, B) * indexed(psi, A_co);
+       result += check_equal_simplify(e, -indexed(psi, B));
+       e = spinor_metric(A_co, B_co) * indexed(psi, B);
+       result += check_equal_simplify(e, -indexed(psi, A_co));
+       e = spinor_metric(A_co, B_co) * indexed(psi, A);
+       result += check_equal_simplify(e, indexed(psi, B_co));
+       e = spinor_metric(D, A) * spinor_metric(A_co, B_co) * spinor_metric(B, C) - spinor_metric(D, A_co) * spinor_metric(A, B_co) * spinor_metric(B, C);
+       result += check_equal_simplify(e, 0);
+
+       return result;
+}
+
+static unsigned dummy_check()
+{
+       // check dummy index renaming/repositioning
+
+       unsigned result = 0;
+
+       symbol p("p"), q("q");
+       idx i(symbol("i"), 3), j(symbol("j"), 3), n(symbol("n"), 3);
+       varidx mu(symbol("mu"), 4), nu(symbol("nu"), 4);
+       ex e;
+
+       e = indexed(p, i) * indexed(q, i) - indexed(p, j) * indexed(q, j);
+       result += check_equal_simplify(e, 0);
+
+       e = indexed(p, i) * indexed(p, i) * indexed(q, j) * indexed(q, j)
+         - indexed(p, n) * indexed(p, n) * indexed(q, j) * indexed(q, j);
+       result += check_equal_simplify(e, 0);
+
+       e = indexed(p, mu, mu.toggle_variance()) - indexed(p, nu, nu.toggle_variance());
+       result += check_equal_simplify(e, 0);
+
+       e = indexed(p, mu.toggle_variance(), nu, mu) * indexed(q, i)
+         - indexed(p, mu, nu, mu.toggle_variance()) * indexed(q, i);
+       result += check_equal_simplify(e, 0);
+
+       e = indexed(p, mu, mu.toggle_variance()) - indexed(p, nu.toggle_variance(), nu);
+       result += check_equal_simplify(e, 0);
+       e = indexed(p, mu.toggle_variance(), mu) - indexed(p, nu, nu.toggle_variance());
+       result += check_equal_simplify(e, 0);
+
        return result;
 }
 
-unsigned exam_indexed(void)
+unsigned exam_indexed()
 {
        unsigned result = 0;
        
@@ -194,8 +389,12 @@ unsigned exam_indexed(void)
 
        result += delta_check();  cout << '.' << flush;
        result += metric_check();  cout << '.' << flush;
+       result += epsilon_check();  cout << '.' << flush;
        result += symmetry_check();  cout << '.' << flush;
+       result += scalar_product_check();  cout << '.' << flush;
        result += edyn_check();  cout << '.' << flush;
+       result += spinor_check(); cout << '.' << flush;
+       result += dummy_check(); cout << '.' << flush;
        
        if (!result) {
                cout << " passed " << endl;