Nishab-nosimmetrik matritsa - Skew-symmetric matrix

Yilda matematika, xususan chiziqli algebra, a nosimmetrik (yoki antisimetrik yoki antimetrik[1]) matritsa a kvadrat matritsa kimning ko'chirish uning salbiyiga teng. Ya'ni, bu shartni qondiradi[2]:p. 38

Matritsaning yozuvlari bo'yicha, agar ichidagi yozuvni bildiradi - uchinchi qator va - ustun, keyin qiyshiq-nosimmetrik shart tengdir

Misol

Matritsa

nosimmetrikdir, chunki

Xususiyatlari

Umuman olganda, biz barcha matritsalar yozuvlari a ga tegishli deb hisoblaymiz maydon kimning xarakterli ga teng emas 2. Ya'ni, biz shunday deb taxmin qilamiz 1 + 1 ≠ 0, bu erda 1 berilgan maydonning multiplikativ identifikatorini va 0 qo'shimcha identifikatorini bildiradi. Agar maydonning xarakteristikasi 2 ga teng bo'lsa, u holda qiyshiq nosimmetrik matritsa a bilan bir xil narsadir nosimmetrik matritsa.

  • Ikkita nosimmetrik matritsalarning yig'indisi nosimmetrikdir.
  • Skew-nosimmetrik matritsaning skaler ko'paytmasi skew-nosimmetrikdir.
  • Nishab-nosimmetrik matritsaning diagonalidagi elementlar nolga teng, va shuning uchun uning iz nolga teng.
  • Agar haqiqiy egri-nosimmetrik matritsa va haqiqiydir o'ziga xos qiymat, keyin , ya'ni qiyshiq nosimmetrik matritsaning nolga teng bo'lmagan shaxsiy qiymatlari haqiqiy emas.
  • Agar haqiqiy egri-nosimmetrik matritsa, keyin bu teskari, qayerda identifikatsiya matritsasi.
  • Agar u holda qiyshiq nosimmetrik matritsa nosimmetrikdir salbiy yarim aniq matritsa.

Vektorli bo'shliq tuzilishi

Yuqoridagi dastlabki ikkita xususiyat natijasida sobit o'lchamdagi barcha nosimmetrik matritsalar to'plami vektor maydoni. Bo'sh joy nosimmetrik matritsalar mavjud o'lchov

Ruxsat bering maydonini bildiring matritsalar. Nishab-nosimmetrik matritsa quyidagicha aniqlanadi skalar (yuqoridagi yozuvlar soni asosiy diagonal ); a nosimmetrik matritsa tomonidan belgilanadi skalar (asosiy diagonali yoki ustidagi yozuvlar soni). Ruxsat bering maydonini bildiring nosimmetrik matritsalar va maydonini bildiring nosimmetrik matritsalar. Agar keyin

E'tibor bering va Bu har bir kishi uchun amal qiladi kvadrat matritsa har qanday yozuvlar bilan maydon kimning xarakterli dan farq qiladi 2. Keyin, beri va

qayerda belgisini bildiradi to'g'ridan-to'g'ri summa.

Belgilash standart ichki mahsulot kuni Haqiqiy matritsa qiyshiq nosimmetrikdir va agar shunday bo'lsa

Bu ham tengdir Barcha uchun (bir mazmuni aniq, ikkinchisi aniq natijadir Barcha uchun va ).

Ushbu ta'rif tanlovdan mustaqil bo'lgani uchun asos, skew-simmetriya - faqat bog'liq bo'lgan xususiyat chiziqli operator va tanlovi ichki mahsulot.

qiyshiq nosimmetrik matritsalarni namoyish etish uchun foydalanish mumkin o'zaro faoliyat mahsulotlar matritsani ko'paytirish sifatida.

Aniqlovchi

Ruxsat bering bo'lishi a nosimmetrik matritsa. The aniqlovchi ning qondiradi

Xususan, agar g'alati va asosiy maydon 2 xarakteristikaga ega bo'lmaganligi sababli, determinant yo'qoladi. Demak, barcha g'alati o'lchovli skew simmetrik matritsalari birlikdir, chunki ularning determinantlari har doim nolga teng. Ushbu natija deyiladi Jakobi teoremasi, keyin Karl Gustav Jakobi (Eves, 1980).

Bir o'lchovli ish yanada qiziqroq. Aniqlanishicha, ning uchun hatto a ning kvadrati sifatida yozish mumkin polinom yozuvlarida buni birinchi bo'lib Ceyley isbotlagan:[3]

Ushbu polinom deyiladi Pfaffian ning va belgilanadi . Shunday qilib, haqiqiy skew-nosimmetrik matritsaning determinanti har doim manfiy emas. Ammo bu so'nggi haqiqatni elementar usul bilan quyidagicha isbotlash mumkin: haqiqiy skew-nosimmetrik matritsaning o'ziga xos qiymatlari xayoliy (pastga qarang) va u erda har bir o'ziga xos qiymatga bir xil ko'plik bilan konjuge o'ziga xos qiymat mos keladi; shu sababli, determinant o'z qiymatlarining ko'paytmasi bo'lib, ularning har biri ko'pligiga qarab takrorlanadi, shu zahotiyoq aniqlovchi, agar u 0 bo'lmasa, musbat haqiqiy son ekanligi kelib chiqadi.

Alohida atamalar soni egri-simmetrik tartibli matritsaning determinantini kengaytirishda allaqachon Keyli, Silvestr va Pfaff tomonidan ko'rib chiqilgan. Bekor qilinganligi sababli, bu buyurtma umumiy matritsasi shartlari soniga nisbatan juda oz , bu . Ketma-ketlik (ketma-ketlik A002370 ichida OEIS )

1, 0, 1, 0, 6, 0, 120, 0, 5250, 0, 395010, 0, …

va u kodlangan eksponent ishlab chiqarish funktsiyasi

Ikkinchisi asimptotikaga beradi (uchun hatto)

Ijobiy va manfiy atamalar soni umumiy miqdorning taxminan yarmiga teng, garchi ularning farqi katta va katta ijobiy va salbiy qiymatlarni oladi ortadi (ketma-ketlik) A167029 ichida OEIS ).

O'zaro faoliyat mahsulot

Uchdan uchga nishab-nosimmetrik matritsalar o'zaro faoliyat mahsulotlarni matritsa ko'paytmasi sifatida ko'rsatish uchun ishlatilishi mumkin. Ko'rib chiqing vektorlar va Keyin matritsani aniqlang

o'zaro faoliyat mahsulot sifatida yozilishi mumkin

Buni avvalgi tenglamaning ikkala tomonini hisoblash va natijalarning har bir mos keladigan elementini taqqoslash orqali darhol tekshirish mumkin.

Biri aslida bor

ya'ni qiyshiq nosimmetrik uchdan uchgacha matritsalarning kommutatorini uch vektorlarning o'zaro hosilasi bilan aniqlash mumkin. Nishab nosimmetrik uchdan uchgacha matritsalar bu Yolg'on algebra aylanish guruhining bu uch fazo o'rtasidagi munosabatni yoritib beradi , o'zaro faoliyat mahsulot va uch o'lchovli aylanishlar. Cheksiz kichik aylanishlar haqida ko'proq quyida topishingiz mumkin.

Spektral nazariya

Matritsa bo'lgani uchun o'xshash o'z transpozitsiyasida ular bir xil o'ziga xos qiymatlarga ega bo'lishi kerak. Bundan kelib chiqadiki o'zgacha qiymatlar qiyshiq nosimmetrik matritsaning har doim ± λ juft bo'lib keladi (qo'shimcha o'lchovsiz 0 o'zaro qiymat mavjud bo'lgan yagona o'lchovli hol bundan mustasno). Dan spektral teorema, haqiqiy qiyshiq nosimmetrik matritsa uchun nolga teng bo'lmagan tabiiy qiymatlarning barchasi sofdir xayoliy va shu tariqa shaklga ega qaerda haqiqiydir.

Haqiqiy nosimmetrik matritsalar normal matritsalar (ular o'zlari bilan borishadi qo'shni ) va shuning uchun spektral teorema, bu har qanday haqiqiy skew-nosimmetrik matritsani a bilan diagonallashtirish mumkinligini aytadi unitar matritsa. Haqiqiy nosimmetrik matritsaning xususiy qiymatlari xayoliy bo'lganligi sababli, ularni haqiqiy matritsa bilan diagonallashtirish mumkin emas. Biroq, har bir burilish-nosimmetrik matritsani a ga etkazish mumkin blok diagonali shakl maxsus ortogonal transformatsiya.[4][5] Xususan, har biri haqiqiy skew-nosimmetrik matritsa shaklida yozilishi mumkin qayerda ortogonal va

haqiqiy ijobiy-aniq uchun . Ushbu matritsaning nolga teng bo'lmagan qiymatlari ± λk men. G'alati o'lchovli holatda Σ har doim kamida bitta qator va nol ustuniga ega bo'ladi.

Umuman olganda, har qanday murakkab skew-nosimmetrik matritsa shaklda yozilishi mumkin qayerda unitar va bilan yuqorida berilgan blok-diagonal shaklga ega hali ham aniq ijobiy. Bu murakkab kvadrat matritsaning Youla parchalanishiga misol.[6]

Nishab-simmetrik va o'zgaruvchan shakllar

A nosimmetrik shakl a vektor maydoni ustidan maydon o'zboshimchalik xarakteristikasi a deb belgilanadi bilinear shakl

hamma uchun shunday yilda

Bu xarakteristikalar maydonlari ustidagi vektor bo'shliqlari uchun kerakli xususiyatlarga ega bo'lgan shaklni 2 ga teng bo'lmagan holda belgilaydi, lekin 2 xarakteristikalar maydonidagi vektor makonida ta'rif nosimmetrik shaklga teng keladi, chunki har bir element o'zining o'ziga xos qo'shimchasi .

Qaerda vektor maydoni o'zboshimchalik maydonida xarakterli shu jumladan xarakterli 2, biz an belgilashimiz mumkin o'zgaruvchan shakl bilinear shakl sifatida barcha vektorlar uchun shunday yilda

Bu, maydon ko'rinib turganidek 2 xarakteristikasiga ega bo'lmaganda, qiyshiq nosimmetrik shaklga teng

qayerdan

Aniq shakl matritsa bilan ifodalanadi shu kabi , bir marta asos ning tanlanadi va aksincha an matritsa kuni shaklni yuborishni keltirib chiqaradi ga Nosimmetrik, egri-simmetrik va o'zgaruvchan shakllarning har biri uchun vakili matritsalar mos ravishda nosimmetrik, egri-simmetrik va o'zgaruvchan.

Cheksiz kichik aylanishlar

Haqiqiy sonlar sohasidagi egri-simmetrik matritsalar teginsli bo'shliq realga ortogonal guruh identifikatsiya matritsasida; rasmiy ravishda maxsus ortogonal Lie algebra. Shu ma'noda, skew-nosimmetrik matritsalar deb o'ylash mumkin cheksiz kichik aylanishlar.

Buni aytishning yana bir usuli shundan iboratki, qiyshiq nosimmetrik matritsalar maydoni Yolg'on algebra ning Yolg'on guruh Ushbu bo'shliqda Yolg'on qavsini komutator:

Ikkita nosimmetrik matritsaning kommutatori yana nishab-nosimmetrik ekanligini tekshirish oson:

The matritsali eksponent nosimmetrik matritsa keyin an ortogonal matritsa :

Ning tasviri eksponent xarita Lie algebra har doim ulangan komponent identifikatsiya elementini o'z ichiga olgan Lie guruhining. Yolg'on guruhi misolida bu bog'langan komponent maxsus ortogonal guruh determinantli barcha ortogonal matritsalardan iborat 1. Demak +1 determinantiga ega bo'ladi. Bundan tashqari, ulangan ixcham Lie guruhining eksponent xaritasi har doim sur'ektiv xususiyatga ega bo'lganligi sababli, shunday bo'ladi har bir birlik aniqlovchisiga ega bo'lgan ortogonal matritsa ba'zi skew-simmetrik matritsalarning eksponentligi sifatida yozilishi mumkin. O'lchovning alohida muhim holatida ortogonal matritsa uchun eksponensial vakillik taniqli darajaga kamayadi qutbli shakl murakkab birlik birligi moduli. Haqiqatan ham, agar maxsus ortogonal matritsa shakliga ega

bilan . Shuning uchun, qo'yish va yozilishi mumkin

bu qutbli shaklga to'liq mos keladi murakkab birlik birligi moduli.

Ortogonal tartibli matritsaning eksponent ko'rsatkichi o'lchovda ekanligidan boshlab ham olinishi mumkin har qanday maxsus ortogonal matritsa sifatida yozilishi mumkin qayerda ortogonal, S esa a blokli diagonali matritsa bilan 2-buyurtma bloklari, shuningdek, agar 1-buyurtmalardan biri toq; 2-tartibdagi har bir bitta blok ham ortogonal matritsa bo'lganligi sababli, u eksponent shaklni tan oladi. Shunga mos ravishda, matritsaS egri-nosimmetrik blokli matritsaning eksponentligi sifatida yozadi yuqoridagi shakldan, Shuning uchun; ... uchun; ... natijasida egri-nosimmetrik matritsaning eksponentligi Aksincha, eksponensial xaritaning surektivligi, yuqorida ko'rsatilgan skew-nosimmetrik matritsalar uchun blok-diagonalizatsiya bilan birgalikda, ortogonal matritsalar uchun blok-diagonalizatsiyani nazarda tutadi.

Koordinatasiz

Batafsil ichki (ya'ni koordinatalarni ishlatmasdan), vektor makonidagi egri-simmetrik chiziqli o'zgarishlar bilan ichki mahsulot deb belgilanishi mumkin ikki vektorli oddiy bivektorlarning yig'indisi bo'lgan bo'shliqda (2 pichoq ) Xatlar xarita bilan berilgan qayerda bu vektor uchun dual kvektor ; ortonormal koordinatalarda bu aynan elementar qiyshiq nosimmetrik matritsalar. Ushbu xarakteristikani izohlashda foydalaniladi burish vektor maydonining (tabiiy ravishda 2-vektorli) cheksiz kichik aylanish yoki "burish" shaklida ekanligi, shu sababli nomi.

Nishab-nosimmetrik matritsa

An matritsa deb aytilgan nosimmetrik agar teskari mavjud bo'lsa diagonal matritsa shu kabi nosimmetrikdir. Uchun haqiqiy matritsalar, ba'zan uchun shart ijobiy yozuvlarga ega bo'lish uchun qo'shiladi.[7]

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ Richard A. Reyment; K. G. Yoreskog; Lesli F. Markus (1996). Tabiiy fanlardagi amaliy omillar tahlili. Kembrij universiteti matbuoti. p. 68. ISBN  0-521-57556-7.
  2. ^ Lipschutz, Seymur; Lipson, Mark. Shoumning chiziqli algebra nazariyasi va muammolari. McGraw-Hill. ISBN  9780070605022.
  3. ^ Keyli, Artur (1847). "Sur les determinants gauches" [Skew determinants haqida]. Krelning jurnali. 38: 93–96. Qayta nashr etilgan Keyli, A. (2009). "Sur les Déterminants Gauches". To'plangan matematik hujjatlar. 1. p. 410. doi:10.1017 / CBO9780511703676.070. ISBN  978-0-511-70367-6.
  4. ^ Voronov, Teodor. Pfaffian, In: Matematikada va fizikada Supersimmetriya va noaniq tuzilmalarning ixcham entsiklopediyasi. S. Duplij, V.Sigel, J. Bagger (Berlin, Nyu-York: Springer 2005), p. 298.
  5. ^ Zumino, Bruno (1962). "Murakkab matritsalarning normal shakllari". Matematik fizika jurnali. 3 (5): 1055–1057. Bibcode:1962JMP ..... 3.1055Z. doi:10.1063/1.1724294.
  6. ^ Youla, D. C. (1961). "Unitar muvofiqlik guruhi ostidagi matritsaning normal shakli". Mumkin. J. Matematik. 13: 694–704. doi:10.4153 / CJM-1961-059-8.
  7. ^ Fomin, Sergey; Zelevinskiy, Andrey (2001). "Klaster algebralari I: asoslar". arXiv:matematik / 0104151v1.

Qo'shimcha o'qish

Tashqi havolalar