(Translated by https://www.hiragana.jp/)
双線型形式 - Wikipedia

数学すうがくとく抽象ちゅうしょうだい数学すうがくおよび線型せんけい代数だいすうがくにおけるそう線型せんけい形式けいしき(そうせんけいけいしき、えい: bilinear form)とは、スカラーそう線型せんけい写像しゃぞう、すなわちかく引数ひきすうたいしてそれぞれ線型せんけい写像しゃぞうとなっている変数へんすう函数かんすうう。より具体ぐたいてきに、係数けいすうたい F うえベクトル空間くうかん V定義ていぎされるそう線型せんけい形式けいしき B: V × VF

  • B(u + v, w) = B(u, w) + B(v, w)
  • B(u, v + w) = B(u, v) + B(u, w)
  • B(λらむだu, v) = B(u, λらむだv) = λらむだB(u, v)

たす。

座標ざひょうによる表現ひょうげん

編集へんしゅう

VFnn-次元じげんベクトル空間くうかんで {e1, ..., en} がその基底きていあたえるものとする。n × n 行列ぎょうれつ AA = (B(ei, ej)) で定義ていぎされ、ベクトル v, w をこの基底きていかんしてあらわn × 1 行列ぎょうれつをそれぞれ x, y であるとすれば

 

つ。べつ基底きてい {f1, ..., fn} をるとき、正則せいそく線型せんけい変換へんかん SGL(n; F)存在そんざいして

[f1, ..., fn] = [e1, ..., en]S

けるから、おなそう線型せんけい形式けいしきのこの基底きていかんする行列ぎょうれつ表現ひょうげんは、STAS によりあたえられる。

カリー双対そうつい空間くうかん

編集へんしゅう

ベクトル空間くうかん V うえ任意にんいそう線型せんけい形式けいしき Bたいし、カリーにより、V から双対そうつい空間くうかん V* への線型せんけい写像しゃぞうたい B1, B2: VV*

  •  
  •  

として誘導ゆうどうされる。ここに黒丸くろまる は、られる線型せんけいひろし函数かんすう引数ひきすうはい場所ばしょしめプレースホルダである。

V有限ゆうげん次元じげんベクトル空間くうかんである場合ばあいには、B1 または B2 のいずれか一方いっぽう同型どうけいならば、両者りょうしゃとも同型どうけいとなり、このときそう線型せんけい形式けいしき B退化たいかであるとう。より具体ぐたいてきに、有限ゆうげん次元じげんベクトル空間くうかんじょうそう線型せんけい形式けいしき B退化たいかであるとは、

 
 

がともに成立せいりつすることをう。

  • かわたまき Rうえぐん M場合ばあいにこれと対応たいおうする概念がいねんとして、そう線型せんけい形式けいしき B: M × MRユニモジュラー (unimodular) であるとは、誘導ゆうどうされる写像しゃぞう B1, B2: MM* := Hom(M,R)同型どうけいであるときにう。かわかんうえ有限ゆうげん階数かいすうぐんあたえられたとき、誘導ゆうどうされた写像しゃぞうたんうえ意味いみ退化たいか)だがユニモジュラーでないという場合ばあいこりる。たとえば、有理ゆうり整数せいすうたまき Z うえそう線型せんけい形式けいしき B(x, y) = 2xy退化たいかだがユニモジュラーでない(実際じっさい誘導ゆうどうされる ZZ* = Z2-ばい写像しゃぞうだから同型どうけいでない)。

V有限ゆうげん次元じげん場合ばあいは、Vじゅう双対そうつい V** とをどういちできる。このとき、B2線型せんけい写像しゃぞう B1転置てんち写像しゃぞうとなることがしめせる(V無限むげん次元じげん場合ばあいには、B2B1転置てんち写像しゃぞうV** における Vぞう制限せいげんしたものと一致いっちする)。あたえられたそう線型せんけい形式けいしき Bたいし、B転置てんちとは

B*(v, w) = B(w, v)

定義ていぎされるそう線型せんけい形式けいしきう。

そう線型せんけい形式けいしき Bひだり根基こんきおよびみぎ根基こんきとは、それぞれ B1 および B2かく[1]、すなわちそれぞれひだりおよびみぎ引数ひきすう空間くうかん全体ぜんたい直交ちょっこうするベクトルすべてからなる部分ぶぶん空間くうかん[2]

V有限ゆうげん次元じげんならば、B1階数かいすうB2階数かいすうひとしい。この階数かいすうdim(V)ひとしいならば B1, B2 はともに V から V* への線型せんけい同型どうけいであり、したがって B退化たいかである。階数かいすう退化たいか次数じすう定理ていりにより、これはひだり根基こんきが(あるいはおなじことだがみぎ根基こんきが)自明じめいであるという条件じょうけん同値どうちである。実際じっさい有限ゆうげん次元じげん場合ばあいには、しばしばこれを退化たいか定義ていぎとして採用さいようする:

定義ていぎ
そう線型せんけい形式けいしき B退化たいかであるとは、B(v, w) = 0 (∀w) ならば v = 0 となることをいう。

線型せんけい写像しゃぞう A: VV*任意にんいあたえられると、

B(v, w) = A(v)(w)

くことにより V うえそう線型せんけい形式けいしき Bさだまる。この形式けいしき退化たいかであるための必要ひつようじゅうふん条件じょうけんA同型どうけいであることである。

V有限ゆうげん次元じげんときV適当てきとう基底きていかんして、そう線型せんけい形式けいしき退化たいかするための必要ひつようじゅうふん条件じょうけんは、対応たいおうする行列ぎょうれつ行列ぎょうれつしきれいとなること。同様どうように、退化たいか形式けいしき対応たいおうする行列ぎょうれつ行列ぎょうれつしきれいでない(行列ぎょうれつ正則せいそく)であるそう線型せんけい形式けいしきである。これらは基底きていかたらず事実じじつである。

  • かわかんうえぐん場合ばあいには、ユニモジュラー形式けいしきとは付随ふずいする行列ぎょうれつ行列ぎょうれつしき単元たんげんたとえば 1)、したがって各項かくこうもそうであるようなそう線型せんけい形式けいしきである。付随ふずいする行列ぎょうれつれいだが単元たんげんでない形式けいしきは、退化たいかだがユニモジュラーでないことに注意ちゅういすべきである(たとえば、整数せいすうたまきじょう定義ていぎされた   など)。

対称たいしょうせいひずみ対称たいしょうせいおよび交代こうたいせい

編集へんしゅう

あたえられたそう線型せんけい形式けいしきが、

  • 対称たいしょうであるとは、V のすべての v, wたいし、B(v, w) = B(w, v) のこと;
  • 交代こうたいてきであるとは、V のすべての vたいし、B(v, v) = 0 のこと;
  • いびつ対称たいしょうであるとは、V のすべての v, wたいし、B(v, w) = −B(w, v) のこと

定義ていぎする。

注意ちゅうい
任意にんい交代こうたい形式けいしきいびつ対称たいしょうとなることは B(v+w, v+w) を展開てんかいすればあきらかであり、基礎きそたい Fしるべすうが 2 でないときは、ぎゃくただしい。すなわち、そう線型せんけい形式けいしきいびつ対称たいしょうてきであることと交代こうたいてきであることとはおな概念がいねんをさだめる。
しかし char(F) = 2 のときは、ひずみ対称たいしょう形式けいしき対称たいしょう形式けいしき同一どういつ概念がいねんあらわすこととなり、また交代こうたい形式けいしきではない対称たいしょうひずみ対称たいしょう形式けいしき存在そんざいする。

そう線型せんけい形式けいしき対称たいしょう(あるいはひずみ対称たいしょう)であるための必要ひつようじゅうふん条件じょうけんは、そのそう線型せんけい形式けいしきの(任意にんい基底きていたいする)表現ひょうげん行列ぎょうれつ対称たいしょう(あるいはいびつ対称たいしょう)となることである。またそう線型せんけい形式けいしき交代こうたいてきとなる必要ひつようじゅうふん条件じょうけんは、このそう線型せんけい形式けいしき表現ひょうげん行列ぎょうれついびつ対称たいしょうでかつたいかく成分せいぶんがすべてゼロであるとなることである(char(F) ≠ 2F のときは、ひずみ対称たいしょうよりこのことがしたがう)。

そう線型せんけい形式けいしき対称たいしょうであるための必要ひつようじゅうふん条件じょうけんは、それに対応たいおうするふたつの線型せんけい写像しゃぞう B1, B2: V → V* がそうひとしいことであり、またひずみ対称たいしょうであるための必要ひつようじゅうふん条件じょうけんは、対応たいおうする線型せんけい写像しゃぞう一方いっぽう他方たほう符号ふごうえたものとなっていることである。また、char(F) ≠ 2 のとき、そう線型せんけい形式けいしき

 

くことにより、対称たいしょう部分ぶぶんひずみ対称たいしょう部分ぶぶん分解ぶんかいすることができる。ここに、BB の(うえ定義ていぎした意味いみでの)転置てんちである。

付随ふずいする形式けいしき

編集へんしゅう

そう線型せんけい形式けいしき B: V × VFたいし、付随ふずいする形式けいしき QB: VFQB(v) := B(v, v)あたえられる。

char(F) ≠ 2 のとき、形式けいしきはそれに付随ふずいする対称たいしょうそう線型せんけい形式けいしき言葉ことばもちいて定義ていぎすることができる。同様どうよう仕方しかたで、形式けいしき概念がいねんの、ひずみ対称たいしょう形式けいしきエルミート形式けいしきいびつエルミート形式けいしきなどに対応たいおうする変形へんけいばん定義ていぎすることができる。これを一般いっぱんにまとめた概念がいねんとしてεいぷしろん-形式けいしき英語えいごばん(εいぷしろん-quadratic form) がある。

反射はんしゃせい直交ちょっこうせい

編集へんしゅう
定義ていぎ
そう線型せんけい形式けいしき B: V × VF反射はんしゃてき (reflexive) であるとは、Vすべての v, wたいして、B(v, w) = 0 ならば B(w, v) = 0 がつことをう。
反射はんしゃてきそう線型せんけい形式けいしき B : V × V → F にたいし、V の v, w Bかんして直交ちょっこう (orthogonal) するとは B(v, w) = 0 がつこと(これは B(w, v) = 0 がつこととしてもおなじ)をう。

そう線型せんけい形式けいしき B反射はんしゃてきであるには、それが対称たいしょうてきもしくは交代こうたいてきいずれかとなることが必要ひつよう十分じゅうぶんである[3]反射はんしゃせいとしてかんがえるばあいには、ひだり直交ちょっこうみぎ直交ちょっこう概念がいねん区別くべつしなければならない。反射はんしゃてき空間くうかんにおいては左右さゆう根基こんき一致いっちし、自分じぶん以外いがいすべてのベクトルと直交ちょっこうするようなベクトル全体ぜんたい部分ぶぶん空間くうかんとして、そう線型せんけい形式けいしきかく、もしくは根基こんきばれる。すなわち、行列ぎょうれつ表現ひょうげん x をもつベクトル v行列ぎょうれつ表現ひょうげん Aそう線型せんけい形式けいしき根基こんきぞくするというのは、Ax = 0 となること(いまの場合ばあい xTA = 0 となることとしてもおなじ)である。根基こんきは、つねに V の部分ぶぶん空間くうかんである。根基こんき自明じめいであることと、行列ぎょうれつ A が非特異ひとくいであることとは同値どうちであり、したがって、そう線型せんけい形式けいしき退化たいかであることとも同値どうちである。

部分ぶぶん空間くうかん Wたいして、Bかんする直交ちょっこう空間くうかん[4]

 

定義ていぎされる。有限ゆうげん次元じげん空間くうかんうえ退化たいか形式けいしきたいし、写像しゃぞう W ↔ Wぜんたんしゃであり、W次元じげんは dim(V) − dim(W) であたえられる。

ことなる空間くうかん

編集へんしゅう

おな基礎きそたいうえそう線型せんけい写像しゃぞう

B: V × WF

たいしても、うえべたそう線型せんけい形式けいしきかんする議論ぎろん大半たいはんについて同様どうよう内容ないよう成立せいりつする。たとえばこの場合ばあいにおいても、そう線型せんけい写像しゃぞうからは、V から W への線型せんけい写像しゃぞうW から V への線型せんけい写像しゃぞう誘導ゆうどうされる。これらの写像しゃぞう同型どうけいとなることもこりる(有限ゆうげん次元じげん場合ばあいは、やはり一方いっぽう同型どうけいならば他方たほう同型どうけいでなければならない)。その場合ばあいB完全かんぜんたい (perfect pairing) である、または VW とを双対そうついにするという。

有限ゆうげん次元じげんでは、これはペアリングが退化たいかであることと同値どうちである(空間くうかん必然ひつぜんてきどう次元じげんとなる)。(ベクトル空間くうかんではなく)ぐんについてえば、退化たいか形式けいしきであるということがユニモジュラ形式けいしきであるという条件じょうけんよりよわ条件じょうけんであるのとちょうどおな意味いみで、退化たいかたいであることは完全かんぜんたいであることよりもよわ条件じょうけんになる。退化たいかではるが完全かんぜんではないれいとしては、(x,y) ↦ 2xy による Z × ZZ退化たいかではあるが、写像しゃぞう ZZ*うえに 2によるせきこす。

そこで、こういった場合ばあいたいしてもそう線型せんけい形式けいしきという言葉ことばがしばしばもちいられる。たとえば、リース・ハーヴィは「はち種類しゅるい内積ないせき[5]について議論ぎろんするのに、れい成分せいぶんは +1 または −1 しかたないようなたいかく行列ぎょうれつ Aijもちいてそれらの「内積ないせき」を定義ていぎした。ここでいう「内積ないせき」のなかには、はす交形しき半双はんそう線型せんけい形式けいしきエルミート形式けいしきであるようなものがふくまれる。その議論ぎろんは、一般いっぱんからだ F ではなくて、具体ぐたいてき実数じっすうたい R, 複素数ふくそすうたい C, よんげんすうからだ H詳述しょうじゅつするものである。たとえば

 

なるかたちそう線型せんけい形式けいしきは、じつ対称たいしょうがた(real symmetric case) とばれ、R(p, q) (ただし p + q = n) というラベル分類ぶんるいされる。旧来きゅうらい用語ようごとの関係かんけいについては

じつ対称たいしょうがたそう線型せんけい形式けいしきには非常ひじょう重要じゅうようなものがふくまれる。せい定値ていち場合ばあいの R(n, 0) はユークリッド空間くうかん対応たいおうし、またひとつが符号ふごうの R(n−1, 1) はローレンツ空間くうかん対応たいおうする。n = 4 の場合ばあいのローレンツ空間くうかんミンコフスキー空間くうかんまたはミンコフスキー時空じくうともばれている。R(p, p) なる特別とくべつ場合ばあい分解ぶんかいがたばれるものである。

べている[6]

テンソルせきとの関係かんけい

編集へんしゅう

テンソルせき普遍ふへんせいにより、V うえそう線型せんけい形式けいしきは、線型せんけい写像しゃぞう V ⊗ V → F と 1 たい 1 に対応たいおうする。B が V うえそう線型せんけい形式けいしきであれば、対応たいおうする線型せんけい写像しゃぞう

vw ↦ B(v, w)

によってあたえられる。すべての線型せんけい写像しゃぞう V ⊗ V → F の集合しゅうごうは、V ⊗ V の双対そうつい空間くうかんであるので、そう線型せんけい形式けいしき

(VV)* ≅ V*V*

もとかんがえられる。同様どうようにして、対称たいしょうそう線型せんけい形式けいしきは Sym2(V*) (V* の対称たいしょうべき)のもとともかんがえることができ、交代こうたいそう線型せんけい形式けいしきは、Λらむだ2V* (V* のそとべき)のもとともかんがえられる。

ノルム線型せんけい空間くうかん

編集へんしゅう
定義ていぎ
ノルム線型せんけい空間くうかんうえそう線型せんけい形式けいしきは、すべての u, v ∈ V にたいして、
 
成立せいりつするような定数ていすう C が存在そんざいするとき、有界ゆうかい(bounded)であるという。
ノルム線型せんけい空間くうかんうえそう線型せんけい形式けいしき楕円だえんてき(elliptic)、もしくは強圧きょうあつてき英語えいごばんであるとは、すべての u ∈ V にたいして、
 
となるような定数ていすう c > 0 が存在そんざいする場合ばあいう。

関連かんれん項目こうもく

編集へんしゅう

脚注きゃくちゅう

編集へんしゅう
  1. ^ Jacobson 2009 p.346
  2. ^ Zhelobenko, Dmitriĭ Petrovich (2006). Principal Structures and Methods of Representation Theory. Translations of Mathematical Monographs. American Mathematical Society. p. 11. ISBN 0-8218-3731-1 
  3. ^ Grove 1997
  4. ^ Adkins & Weintraub (1992) p.359
  5. ^ Harvey p. 22
  6. ^ Harvey p 23

参考さんこう文献ぶんけん

編集へんしゅう

外部がいぶリンク

編集へんしゅう

この記事きじは、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス 表示ひょうじ-継承けいしょう 3.0 移植いしょくのもと提供ていきょうされているオンライン数学すうがく辞典じてんPlanetMath』の項目こうもくUnimodular本文ほんぶんふく