에르미트 행렬

Hermitian matrix

수학에서 은둔자 행렬(또는 자기 적응 행렬)은 자신의 결합 전이에 해당하는 복잡한 제곱 행렬이다. 즉, i번째 열과 j번째 열의 원소는 모든 지수 ij에 대해 j번째 열과 i번째 열에서 원소의 복합 결합과 같다.

또는 행렬 형식:

은둔자 행렬은 실제 대칭 행렬의 복잡한 확장으로 이해할 수 있다.

행렬 결합 전이 H 로 표시되면 은둔자 속성은 다음과 같이 간결하게 작성할 수 있다

은둔자 행렬은 찰스 헤르미트의 이름을 따서 지어졌는데, 그는 1855년에 이 형식의 행렬이 항상 실제 고유값을 갖는 실제 대칭 행렬과 재산을 공유한다는 것을 증명했다. 기타 일반적으로 사용되는 등가 공칭은 A = =A = ^{\A^{}= }}}}이가)지만 양자역학에서는 으로 A in {\복합 결합만을 의미하며, 결합 전이를 의미하지 않는다.

대체 특성화

은둔자 행렬은 여러 가지 동등한 방법으로 특징지어질 수 있으며, 그 중 일부는 아래에 열거되어 있다.

부교와의 평등

정사각형 행렬 (는) 그 부호(부호)와 같을 경우에만, 즉, 만족한다.

벡터 , 에 대해, 여기서where ⋅ \ \ \은 내부 제품 작동을 나타낸다.

이것은 또한 보다 일반적인 자기 성찰 연산자의 개념을 정의하는 방법이다.

이차형식의 현실

정사각형 행렬 (는) 다음과 같은 경우에만 Emitian이다.

스펙트럼 특성

정사각형 행렬 은 단위 대각선으로 실제 고유값을 사용할 수 있는 경우에만 에르미트어이다.

적용들

에르미트 행렬은 1925년 베르너 하이젠베르크, 막스 본, 파스쿠알 요르단이 만든 행렬 역학양자 이론의 기본이다.

In this section, the conjugate transpose of matrix is denoted as the transpose of matrix is denoted as and conjugate of matrix is denoted as

다음 예제를 참조하십시오.

대각선 원소들은 그들 자신의 복잡한 결합체임에 틀림없기 때문에 실재해야 한다.

에르미트 행렬의 잘 알려진 가문에는 파울리 행렬, 겔만 행렬, 그리고 그들의 일반화가 포함된다. 이론 물리학에서 그러한 에르미트 행렬은 종종 가상 계수로 곱되는데,[1][2] 이는 스큐-헤르미티아 행렬을 낳는다.

여기서 우리는 추상적인 예를 사용하여 또 다른 유용한 에르미트 행렬을 제공한다. 정사각형 행렬 이(가) 행렬의 곱과 그 결합이 전치되는 경우, A= A (가) Emitian 양의 반확정 행렬이다. 또한 이(가) 행 전체 순위라면 A은(는) 양적으로 확실하다.

특성.

주 대각선 값이 실제 값임

은둔자 행렬의 주 대각선(왼쪽 위부터 오른쪽 아래)에 있는 항목은 실제적이다.

증명

은둔자 행렬의 정의에 따라

따라서 i = j의 경우 위의 내용은 다음과 같다.

대각선 입력이 복잡한 결합체인 한, 은둔자 행렬은 비대각선 원소에 임의의 복합 가치 입력이 있을 수 있다.

대칭

실제 항목만 있는 행렬은 은둔 행렬인 경우에만 대칭이다. 실제와 대칭 행렬은 단순히 은둔자 행렬의 특별한 경우일 뿐이다.

증명

= 의 정의에 따르면. 따라서 H = i 매트릭스 대칭) = i j j 인 경우에만 해당된다.

따라서 실제 반대칭 행렬에 가상 단위 , 배수를 곱하면 에르미트인이 된다.

정상

모든 은둔자 행렬은 정상적인 행렬이다. 즉, H= A .

증명

= = =

대각선 가능

유한 차원 스펙트럼 정리는 어떤 은둔자 행렬도 단일 행렬에 의해 대각화될 수 있으며, 그 결과 대각 행렬은 실제 입력 항목만 가지고 있다고 말한다. 이것은 치수 n을 가진 은둔자 행렬 A의 모든 고유값이 실제이며, A에는 선형적으로 독립적인 고유 벡터가 없다는 것을 의미한다. 더욱이, 은둔자 행렬에는 뚜렷한 고유값을 위한 직교 고유 벡터가 있다. 변질된 고유값이 있더라도 An개의 고유 벡터로 구성된 Cn 직교 기준을 항상 찾을 수 있다.

은둔자 행렬의 합계

어떤 두 은둔자의 행렬의 합은 에르미트어이다.

증명

B}}={\이(가) 주장대로.

역은 에르미트어이다.

되돌릴 수 없는 은둔자 행렬의 역행도 은둔자 행렬이다.

증명

If , then , so - 1) A

에르미트 행렬의 연상제품

AB = BA인 경우에만 두 개의 에르미트 행렬 A와 B의 산물이 에르미트어이다.

증명

Note that 따라서( B) = = 경우에만)

따라서 An 에르미트어이고 n이 정수라면 A는 에르미트어다.

ABA 에르미타니아어

AB가 에르미트인 경우 ABA도 에르미트인 것이다.

증명

vAvH 복잡한 v에 대해 실제 사용 가능

For an arbitrary complex valued vector v the product is real because of This is 양자물리학에서 특히 중요한데, 이 양자물리학에서 은둔자 행렬은 실제여야 하는 시스템(: 총 스핀)의 특성을 측정하는 연산자다.

복합 은둔자가 R 위에 벡터공간을 형성함

에르미트 콤플렉스 n-by-n 행렬은 I 정체성 매트릭스 In 에르미트인이기 때문에 복잡한 숫자 C 벡터 공간을 형성하지 않지만, n 그렇지 않다. 그러나 복잡한 은둔자 행렬은 실제 숫자 R 에 벡터 공간을 형성한다. 복합 n × n 행렬의 2n차원2 벡터 공간에서 복합 에르미트 행렬은 차원 n2 하위 공간을 형성한다. Ejk 다른 곳의 j,k 위치 및 0에 1을 갖는 n-by-n 행렬을 나타내는 경우, 근거(프로베니우스 내부 제품에 관한 정형)는 다음과 같이 설명할 수 있다.

서식의 매트릭스와 함께.

그리고 매트릭스

서 i i가상 i =- . }~.}을를) 의미한다.

아이겐데구성

If n orthonormal eigenvectors of a Hermitian matrix are chosen and written as the columns of the matrix U, then one eigendecomposition of A is where 따라서

여기서 는 대각 행렬 의 대각선에 있는 고유값이다

실질결정인자

은둔자 행렬의 결정 요인은 다음과 같다.

증명

A= A )= A ) = det() {\

(대안적으로 결정인자는 행렬의 고유값의 산물이며, 앞에서 언급한 바와 같이 은둔기 행렬의 고유값은 실제적이다.)

에르미트인과 스큐헤르미티안으로 분해

에르미트 행렬과 관련된 추가적인 사실은 다음과 같다.

  • 정사각형 행렬과 그 결합 전치+ A 의 합은 에르미타인이다.
  • 정사각형 행렬과그 결합 전치 - A 오른쪽의 차이는 스큐-헤르미티아어(반헤르미티아어라고도 한다. 이것은 두 개의 은둔자 행렬의 정류자가 스큐-헤르미티아어라는 것을 암시한다.
  • 임의 제곱 행렬 C는 은둔 행렬 A와 스큐-헤르미티아 행렬 B의 합으로 쓸 수 있다. 이것은 C의 토플리츠 분해라고 알려져 있다.[3]: p. 7

레일리 지수

수학에서 주어진 복잡한 에르미트 행렬 M과 비제로 벡터 x에 대해 지수[4] R, x) 다음과 같이 정의된다.[3]: p. 234 [5]

For real matrices and vectors, the condition of being Hermitian reduces to that of being symmetric, and the conjugate transpose to the usual transpose . Note that 0이 아닌 모든 실제 c 대해 또한 은둔자(또는 실제 대칭) 행렬에 실제 고유값이 있음을 기억하십시오

{\{가) vmin \lambda 해당 고유 벡터) 경우, 주어진 행렬의 경우 Rayleigh 몫은 최소값 _에 도달한다는 것을 알 수[citation needed] 있다. 마찬가지로 ) ≤ 최대값 R )= , {

레일리 지수는 모든 고유값의 정확한 값을 얻기 위해 최소-최대 정리에 사용된다. 또한 고유값 알고리즘에서는 고유 벡터 근사치로부터 고유값 근사치를 얻기 위해 사용된다. 구체적으로, 이것이 Rayleigh 지수 반복의 기초가 된다.

레일리 지수(필수적으로 에르미트인이 아닌 매트릭스의 경우)의 범위를 숫자 범위(또는 기능 분석에서 스펙트럼)라고 한다. 행렬이 에르미트인 경우, 숫자 범위는 스펙트럼 정규와 동일하다. 여전히 기능분석에서 스펙트럼 반경으로 알려져 있다. C*-알게브라스 또는 대수 양자역학의 맥락에서, M에 대수를 통해 변화하는 고정 xM에 대한 Rayleigh quotient R(M, x)을 연관시키는 함수는 대수학의 "벡터 상태"라고 불릴 것이다.

참고 항목

참조

  1. ^ Frankel, Theodore (2004). The Geometry of Physics: an introduction. Cambridge University Press. p. 652. ISBN 0-521-53927-7.
  2. ^ 캘리포니아 공과대학 물리 125 강좌 노트
  3. ^ a b Horn, Roger A.; Johnson, Charles R. (2013). Matrix Analysis, second edition. Cambridge University Press. ISBN 9780521839402.
  4. ^ 또한 Rayleigh-Ritz 비율로도 알려져 있으며, Walther RitzLord Rayleigh의 이름을 따서 명명되었다.
  5. ^ 파렛 B. N. 대칭 고유값 문제, SIAM, 응용수학 고전학, 1998

외부 링크