코시-비넷 공식

Cauchy–Binet formula

수학, 특히 선형대수학에서 오귀스틴루이 코치자크 필리프 마리 비네의 이름을 따서 명명된 카우치-비넷 공식은 전치형(제품이 잘 정의되고 정사각형)의 두 직사각형 행렬의 곱을 결정짓는 인자의 정체성이다.정사각형 행렬의 산물의 결정요인이 결정요인의 산물과 동일하다는 진술을 일반화한다.이 공식은 정류 링의 항목이 있는 행렬에 유효하다.

성명서

Am×n 행렬로 하고 Bn×m 행렬로 한다.[n]의 m-결합 집합에 대해 {1, ...,n} 및 ) 을(를) 쓰십시오(즉, m 크기의 하위 집합에는() ([ m) 의 경우, S의 지수에서 A의 열인 m×m 행렬의 경우[m],S A를, S의 지수에서 B의 행인 m×m 행렬의 경우 BS,[m] 작성한다그러면 Cauchy-Binet 공식은 다음과 같다.

예:Taking m = 2 and n = 3, and matrices and , the Cauchy–Binet formula gives the determinant

Indeed , and its determinant is which equals from the right hand side of the formula.

특례

n < m > ([ ) 이 비어 있는 집합이고, 공식에 det(AB) = 0(오른쪽은 빈 합계)이라고 되어 있는데, 실제로 이 경우m 행렬 AB의 순위는 최대 n이며, 이는 결정 요인이 0임을 의미한다.n = m인 경우, B가 제곱 행렬인 경우 ([ n )={ n싱글톤 집합)만 포함되므로, 공식에는 det(A) = det(Det(Det)det(B)라고 명시되어 있다.

m = 0의 경우, AB제품 AB와 마찬가지로 빈 행렬(n > 0인 경우에는 다른 형상)이다. 합계는 단일 용어 S = ø를 포함하며, 공식은 1 = 1이며, 0×0 행렬의 결정 인수에 의해 양쪽이 주어진다.For m = 1, the summation ranges over the collection of the n different singletons taken from [n], and both sides of the formula give , the dot product of the pair of vectors행렬로 대표되는공식에서 비경쟁적 동등성을 나타내는 m의 최소값은 m = 2이며, Binet-Cauchy 정체성에 대한 기사에서 논의된다.

사례 n = 3

Let be three-dimensional vectors.

사례 m > 3에서, 우측은 항상 0과 같다.

간단한 증거

다음의 간단한 증거는 여러 가지 다른 방법으로 증명될 수 있는 두 가지 사실에 의존한다.[1]

  1. For any the coefficient of in the polynomial is the sum of the principal minors of .
  2. n () n m 행렬이고 (가) m} 인 경우
.

이제 방정식 ( + A)에서 n - 의 계수를 비교하면= z - m ( m+ ) 왼쪽은 의 주요 미성년자 합계를, 오른쪽은 I + ) 의 일정한 기간을 부여한다.는) 단순히 ) 이며 이는 Cauchy-Binet 공식에 명시되어 있는 것이다.

증명

카우치-비넷 공식에 줄 수 있는 증빙서류는 다양하다.아래의 증거는 형식적인 조작에만 기초하며 라이프니즈 공식에 의해 정의될 수 있는 결정요인의 특정한 해석을 사용하지 않는다.행과 열에 대한 다행성 및 교대 속성(동일한 행이나 열이 있는 경우)만 사용되며, 특히 사각 행렬에 대한 결정 인자의 승법성은 사용되지 않고 오히려 확립된다(사례 n = m).그 증거는 임의의 교환 계수 링에 유효하다.

이 공식은 다음 두 단계로 증명할 수 있다.

  1. A의 각 행과 B의 각 열에서 양쪽이 다선형(더 정확히 2m 선형)이라는 사실을 이용하여, A의 각 과 B의 각 열에는 1개의 0이 아닌 입력이 하나만 있는 경우를 줄인다.
  2. 이 경우, A의 행 번호를 0이 아닌 항목의 열 번호에 각각 매핑하고 B의 열 번호를 0이 아닌 항목의 열 번호에 매핑하는 기능 [m] → [n]을 사용하여 처리한다.

1단계의 경우 A의 각 행 또는 B의 열, 그리고 각 m-결합 S의 경우 det(AB)와 det(A[m],S)det(BS,[m])의 값이 실제로 행이나 열에 선형적으로 의존하는지 관찰한다.후자의 경우 이는 결정요인의 다중선 특성에서 즉시 발생한다. 또한 전자의 경우 A 행 또는 B 에 대해 선형 결합을 취하고 나머지는 변경하지 않은 채 제품 AB의 해당 행 또는 열에만 영향을 미치며 동일한 선형 결합에 의해 영향을 미치는지 확인해야 한다.따라서 A의 모든 행과 B의 모든 열에 대해 선형성에 의해 Cauchy-Binet 공식의 양쪽을 계산할 수 있으며, 각 행과 열을 표준 기준 벡터의 선형 조합으로 작성할 수 있다.그 결과로 나타나는 복수 합계는 크지만, 양쪽에 대해 동일한 형태를 가지고 있다. 해당 용어들은 동일한 스칼라 인자를 포함한다(각각 AB의 입력의 산물이다), 이러한 용어들은 위에서 설명한 종류의 상수적 관점에서 두 개의 다른 표현식을 포함함으로써만 달라지는데, 그 표현은 동등한 영향을 받아야 한다.카우치-비넷 공식에 추가.이로써 첫걸음을 줄인다.

구체적으로는, 복수 합계를 두 개의 합계로 분류할 수 있는데, A의 각 행 지수에 해당하는 열 지수를 제공하는 함수 f:[m] → [n], B의 각 열 지수에 해당하는 열 지수를 제공하는 함수 g:[m] → [n]가 있다.fg와 관련된 행렬은 다음과 같다.

여기서 " 크론커 델타이며, 증명할 Cauchy-Binet 공식은 다음과 같이 다시 작성되었다.

여기서 p(f,g)는 스칼라 계수 i= i, ( ) ( = ( ), k) m){)를 나타낸다.k 모든 f,g:[m] → [n]에 대해 A = Lf 및 B = Rg 대한 Cauchy-Binet 공식을 증명하는 것이 남아 있다.

이 2단계에서 f가 주입되지 않으면 Lf LRfg 모두 동일한 행을 가지며, g가 주입되지 않으면g R과 LRfg 동일한 두 개의 열을 가지며, 어느 경우든 ID의 양쪽이 모두 0이다.fg가 모두 주입 맵 [m] → [n]이라고 가정하면, 인자 (( f)[ ,S) L_{오른쪽에 있는 은(는) S = f([]가 0이고, 요인 ( G) S,[ [은(는) S = g(m])가 아니면 0이다.따라서 fg의 이미지가 다르면 오른손은 null 항만 가지며, LRfg 경우 null 행( )g( [ {\ g 이 있기 때문에 왼손도 0이다.f([m] = S = g(m])라고 하는 f(m)와 g(m)의 영상이 동일한 나머지 경우, 우리는 그 사실을 증명할 필요가 있다.

Let h be the unique increasing bijection [m] → S, and π,σ the permutations of [m] such that and ; then π에 S}}은 치환 행렬,(R감속)S, σ({\displaystyle(R_{g})_{S,[m]}}은 치환 행렬, 그리고π∘ σ{\displaystyle \pi\circ \sigma}에 LfRg은 치환 행렬이고, 순열 매트릭스의 결정은 순열의 서명, 그 정체성은 fac의 의미를 따른다.t서명이 승수라는 것.

증명에서 A의 행과 B의 열에 관해서 모두 다선형을 사용하는 것은 필요하지 않다; 하나는 그것들 중 하나를 사용할 수 있고, 다른 하나는 매트릭스 제품 LBf B f([m]),[m] 순열로 구성되거나(f가 주입식인 경우) 최소한 두 개의 동일한 열을 가질 수 있다.

일반화된 크로네커 델타와의 관계

우리가 본 바와 같이, Cauchy-Binet 공식은 다음과 같다.

어디에

일반화된 Kronecker 델타 측면에서, 우리는 Cauchy-Binet 공식과 동등한 공식을 도출할 수 있다.

기하학적 해석

A가 실제 m×n 행렬인 경우, det(AT A)는 A의 m 행에 의해 Rn 확장된 평행사변형의 m차원 부피의 제곱과 같다.Binet의 공식에 따르면 이는 병렬 처리된 볼륨이 m-차원 좌표면에 직교 투영될 경우 발생하는 볼륨 제곱의 합과 같다(이중 ( m) {\{\{

사례 m = 1의 경우, 병렬로토프는 단일 벡터로 감소하고 그 부피는 그 길이다.위의 진술은 벡터 길이의 제곱은 좌표의 제곱의 합이라고 기술하고 있다. 이것은 피타고라스적 정리에 근거한 그 길이의 정의에 의해 실제로 해당된다.

일반화

Cauchy-Binet 공식은 두 행렬의 제품 중 미성년자를 위한 일반적인 공식으로 쉽게 확장될 수 있다.공식의 문맥은 미성년자에 관한 기사에 제시되어 있지만, 그 아이디어는 일반 매트릭스 곱셈 공식과 두 매트릭스 제품의 결정 인자를 위한 Cauchy-Binet 공식 모두 두 매트릭스 제품의 미성년자에 대한 다음의 일반적 진술의 특별한 경우라는 것이다.Am × n 행렬이고, Bn × p 행렬이고, 는 {1,...,m}의 부분 집합이고, J는 {1,...,p}의 부분 집합이고, k는 {1,...,p}의 부분 집합이라고 가정하자.그러면

여기서 합계는 k 요소가 있는 {1,...,n}의 모든 하위 집합 K에 걸쳐 있다.

연속 버전

안드레이피-히네 정체성 또는 안드레이피 정체성으로 알려진 카우치-비넷 공식의 연속 버전은 랜덤 매트릭스 이론에서 흔히 나타난다.[2]It is stated as follows: let and be two sequences of integrable functions, supported on . Then

Forrester는[3] 위의 정체성을 증명하기 위해 통상적인 Cauchy-Binet 공식을 복구하는 방법을 설명한다.

참조

  1. ^ Tao, Terence (2012). Topics in random matrix theory (PDF). Graduate Studies in Mathematics. Vol. 132. Providence, RI: American Mathematical Society. p. 253. doi:10.1090/gsm/132. ISBN 978-0-8218-7430-1.
  2. ^ Mehta, M.L. (2004). Random Matrices (3rd ed.). Amsterdam: Elsevier/Academic Press. ISBN 0-12-088409-7.
  3. ^ Forrester, Peter J. (2018). "Meet Andréief, Bordeaux 1886, and Andreev, Kharkov 1882–83". arXiv:1806.10411 [math-ph].

외부 링크