مصفوفة هيرميتية مائلة

في الجبر الخطي ، يُقال إن المصفوفة المربعة ذات العناصر المركبة هي مصفوفة هيرميتية معكوسة أو مصفوفة هيرميتية مضادة إذا كان منقولها المرافق هو معكوس المصفوفة الأصلية. [ 1 ] أي أن المصفوفةأ{\displaystyle A}تكون المجموعة منحرفة-هيرميتية إذا كانت تحقق العلاقة التالية

أ هيرميتي منحرفأح=-أ{\displaystyle A{\text{ skew-Hermitian}}\quad \iff \quad A^{\mathsf {H}}=-A}

أينأح{\displaystyle A^{\textsf {H}}}يرمز إلى منقولة المصفوفة المترافقةأ{\displaystyle A}في شكل المكونات، هذا يعني أن

أ هيرميتي منحرفأأناج=-أجأنا¯{\displaystyle A{\text{ skew-Hermitian}}\quad \iff \quad a_{ij}=-{\overline {a_{ji}}}}

لجميع المؤشراتأنا{\displaystyle i}وج{\displaystyle j}، أينأأناج{\displaystyle a_{ij}}هو العنصر الموجود فيأنا{\displaystyle i}الصف رقم - وج{\displaystyle j}العمود رقم - منأ{\displaystyle A}والخط العلوي يشير إلى الاقتران المعقد .

يمكن فهم المصفوفات شبه الهرميتية على أنها النسخ المركبة للمصفوفات الحقيقية شبه المتناظرة ، أو على أنها النظير المصفوفي للأعداد التخيلية البحتة. [ 2 ] مجموعة جميع المصفوفات شبه الهرميتيةن×ن{\displaystyle n\times n}تُشكل المصفوفاتu(ن){\displaystyle u(n)}جبر لي ، الذي يتوافق مع زمرة لي U( n ) . يمكن تعميم المفهوم ليشمل التحويلات الخطية لأي فضاء متجهي معقد ذي معيار خطي مزدوج .

لاحظ أن المرافق للمؤثر يعتمد على الضرب القياسي الذي يتم النظر فيه علىن{\displaystyle n}الفضاء المعقد أو الفضاء الحقيقي ذو الأبعادكن{\displaystyle K^{n}}. لو(|){\displaystyle (\cdot \mid \cdot )}يشير إلى الضرب القياسي علىكن{\displaystyle K^{n}}ثم يقولأ{\displaystyle A}يعني أن الدالة المترافقة المائلة تعني أنه بالنسبة لجميعu،vكن{\displaystyle \mathbf {u} ,\mathbf {v} \in K^{n}}يمتلك المرء(أu|v)=-(u|أv){\displaystyle (A\mathbf {u} \mid \mathbf {v} )=-(\mathbf {u} \mid A\mathbf {v} )}.

يمكن اعتبار الأعداد التخيلية أعدادًا مترافقة معكوسة (لأنها تشبه1×1{\displaystyle 1\times 1}المصفوفات)، بينما تتوافق الأعداد الحقيقية مع المؤثرات الذاتية المرافقة .

مثال

على سبيل المثال، المصفوفة التالية هي مصفوفة هيرميتية ملتوية أ=[-أنا2+أنا-2+أنا0]{\displaystyle A={\begin{bmatrix}-i&2+i\\-2+i&0\end{bmatrix}}} لأن -أ=[أنا-2-أنا2-أنا0]=[-أنا¯-2+أنا¯2+أنا¯0¯]=[-أنا¯2+أنا¯-2+أنا¯0¯]تي=أح{\displaystyle -A={\begin{bmatrix}i&-2-i\\2-i&0\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}{\overline {-i}}&{\overline {-2+i}}\\{\overline {2+i}}&{\overline {0}}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}{\overline {-i}}&{\overline {2+i}}\\{\overline {-2+i}}&{\overline {0}}\end{bmatrix}}^{\mathsf {T}}=A^{\mathsf {H}}}

ملكيات

  • جميع القيم الذاتية لمصفوفة هيرميتية معكوسة هي أعداد تخيلية بحتة (وربما صفر). علاوة على ذلك، فإن المصفوفات الهيرميتية المعكوسة هي مصفوفات طبيعية . لذا فهي قابلة للتقطير، ويجب أن تكون متجهاتها الذاتية للقيم الذاتية المختلفة متعامدة. [ 3 ]
  • يجب أن تكون جميع العناصر الموجودة على القطر الرئيسي لمصفوفة هيرميتية معكوسة تخيلية بحتة ؛ أي على المحور التخيلي (يُعتبر العدد صفر أيضًا تخيليًا بحتًا). [ 4 ]
  • لوأ{\displaystyle A}وب{\displaystyle B}إذا كانت منحرفة هيرميتية، فإنأأ+بب{\displaystyle aA+bB} هيرميتية معكوسة لجميع الكميات العددية الحقيقيةأ{\displaystyle a}وب{\displaystyle b}[ 5 ]
  • أ{\displaystyle A}تكون مصفوفة هيرميتية منحرفة إذا وفقط إذاأناأ{\displaystyle iA}(أو ما يعادل ذلك،-أناأ{\displaystyle -iA}) هيرميتية . [ 5 ]
  • أ{\displaystyle A}تكون مصفوفة هيرميتية ملتوية إذا وفقط إذا كان الجزء الحقيقي(أ){\displaystyle \Re {(A)}}متناظر عكسيًا والجزء التخيلي(أ){\displaystyle \Im {(A)}}متناظر .
  • لوأ{\displaystyle A}إذا كان هيرميتيًا منحرفًا،أك{\displaystyle A^{k}}هو هيرميتي إذاك{\displaystyle k}يكون عددًا زوجيًا ومصفوفة هيرميتية معكوسة إذاك{\displaystyle k}هو عدد صحيح فردي.
  • أ{\displaystyle A}تكون مصفوفة هيرميتية منحرفة إذا وفقط إذاxحأy=-yحأx¯{\displaystyle \mathbf {x} ^{\mathsf {H}}A\mathbf {y} =-{\overline {\mathbf {y} ^{\mathsf {H}}A\mathbf {x} }}}لجميع المتجهاتx،y{\displaystyle \mathbf {x} ,\mathbf {y} }.
  • لوأ{\displaystyle A}إذا كانت مصفوفة هيرميتية ملتوية، فإن الدالة الأسية للمصفوفةهـأ{\displaystyle e^{A}}هو نظام وحدوي .
  • تشكل فضاءات المصفوفات الهرميتية المائلة جبر ليu(ن){\displaystyle u(n)}من مجموعة لاييو(ن){\displaystyle U(n)}.

التحلل إلى هيرميتي وشبه هيرميتي

  • مجموع مصفوفة مربعة ومنقولها المرافق(أ+أح){\displaystyle \left(A+A^{\mathsf {H}}\right)}هو هيرميتي.
  • الفرق بين مصفوفة مربعة ومنقولتها المرافقة(أ-أح){\displaystyle \left(AA^{\mathsf {H}}\right)}هي مصفوفة هيرميتية معكوسة. وهذا يعني أن مبدل مصفوفتين هيرميتيتين هو مصفوفة هيرميتية معكوسة.
  • مصفوفة مربعة عشوائيةج{\displaystyle C}يمكن كتابتها كمجموع مصفوفة هيرميتيةأ{\displaystyle A}ومصفوفة هيرميتية منحرفةب{\displaystyle B}:ج=أ+بمعأ=12(ج+جح)وب=12(ج-جح){\displaystyle C=A+B\quad {\mbox{مع}}\quad A={\frac {1}{2}}\left(C+C^{\mathsf {H}}\right)\quad {\mbox{و}}\quad B={\frac {1}{2}}\left(CC^{\mathsf {H}}\right)}

انظر أيضاً

ملحوظات

مراجع