共轭映射

更新时间:2022-09-23 18:52

设V,W都是Ω上的有限维内积空间。若σ是V到W的一个线性映射,则恰有W到V的一个线性映射σ*与之对应,叫作σ的共轭映射,使对任意v∈V,w∈W,有σ(v)w=vσ*(w)。

定义

共轭映射存在定理

设V,W都是Ω上的有限维内积空间。若σ是V到W的一个线性映射,则恰有W到V的一个线性映射σ*与之对应,叫作σ的共轭映射,使对任意 ,有

证明

设 是V的一个标准正交基底,对任意 ,定义

易验证σ*是W到V的一个线性映射,对任意 ,又因 ,于是有

设 ,若对任意都有 ,则 。于是,若 对任意 都有 ,则 。对称地,设 ,若对任意 都有 ,则 ;若对任意 都有 ,则 。则由此可说明σ*的唯一性。

证明完毕。

显然有 ,从而可以说σ与σ*互为共轭映射。

共轭转置矩阵

设 与 分为Ω上内积空间V与W的标准正交基底,则当

时有 其中A*为矩阵A的共轭转置矩阵,即 。

证明

记 而σ*在 与 下对应的 ,于是有

从而有

于是有 ,证明完毕。

推论

1.设σ是Ω上有限维内积空间V的线性变换,如果 ,则说σ是规范的,如果 ,则说σ是自共轭的,而当Ω为实数域时说σ是对称的,当Ω为复数域时说σ是Hermite的,如果σ可逆且 ,则当Ω为实数域时说σ是正交变换,而当Ω为复数域时说σ是U变换。

系设 是Ω上内积空间y的一个标准正交基底,σ是V的一个线性变换,

则:

(1)σ为规范的充分必要条件是 ,此时称矩阵A是规范的。

(2)σ为对称(Hermite)的充分必要条件是 ,当Ω为复数域时称A为Hermite的。

(3)σ为正交(U)的充分必要条件是 。

2.设A为一规范矩阵,其第r行元素除对角线元素外都为零,则第r列元素也是这样。

3.设σ为n维内积空间v的一个线性变换,则下列条件等价:

(1)σ是正交(U)变换;

(2)σ在V的任意标准正交基底下对应正交(U)矩阵;

(3)σ把V的每个标准正交基底都变成标准正交基底;

(4)σ不变向量的长度;

(5)σ不变向量的内积。

共轭映射的个数

设F是一个域,Ω是F的一个代数闭包。K是扩张Ω/F的一个中间域。K到Ω内的一个,F-同态单射叫做K到Ω内的一个F-共轭映射,简称为F-共轭。设是一个F-共轭。那么σ(K)也是Ω/F的一个中间域,并且σ(K)与K是F-共轭的。

令A是K到Ω内的一切F-共轭所成的集。我们把A的基数(K的F-共轭的个数)记作。

不依赖于代数闭包Ω的选取。事实上,设Ω和Ω’都是F的代数闭包并且都包含K。那么存在F-同构映射。令A和A’分别是K到Ω内的F-共轭和K到Ω’内的F-共轭所成的集。对于任意,则 。反过来,对于任意,则 。因此,

是A到A’的双射,从而。因此,对于代数扩张K/F来说,我们任意取定F的一个包含K的代数闭包Ω,而把K到Ω内的F-共轭的个数记作。

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