지수도의 파생상품

Derivative of the exponential map
1899년, 리 대수학 용어로 그룹 곱셈에 대한 앙리 푸앵카레의 연구는 를 보편적 포락 대수학의 공식화로 이끌었다.[1]

Lie groups 이론에서 지수 지도는 Lie g 그룹Lie 대수 g에서 G로 가는 지도다.G행렬 Lie 그룹인 경우, 지수 맵은 행렬 지수까지 감소한다.그 기하 급수적인 지도, 표시된 지수 함수:g→ G, 그러한 유도체 .mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.sfrac.tion,.mw-parser-output.sfrac .tion{디스플레이:inline-block, vertical-align:-0.5em, font-size:85%;text-align:센터}.mw-parser-output.sfrac .num,.mw-parser-output.sfrac .den{ 와는 분석.디스플레이:블록, line-height:1em, 마진:00.1em}.mw-parser-output.sfrac .den{border-top:1px 고체}.mw-parser-output .sr-onlyᆫd(X(t)cm이다.:Tg TG, 여기서 X(t)는 Lie 대수에서 C1 경로로, 밀접하게 관련된 차동 덱스p:TG TG.[2]

덱스프 공식은 프리드리히 슈르(1891년)가 처음 입증했다.[3]후에 헨리 푸앵카레(1899)가 리 대수학 용어를 사용하여 리 집단 곱셈을 표현하는 문제의 맥락에서 상세히 기술하였다.[4]듀하멜의 공식으로도 알려져 있다.

그 공식은 순수 수학이나 응용 수학에서 모두 중요하다.베이커-캠프벨-하우스도르프 공식과 같은 이론의 입증에 들어가며, 섭동 이론마그누스 팽창격자 게이지 이론의 경우와 같이 양자장 이론의 예를 들면 물리학에[5] 자주 사용된다.

전체에서, 공지의 exp(X)X e는 주어진 주장을 나타내기 위해 교환적으로 사용될 것이다. 단, 언급된 공지의 경우, 공지의 의미가 구별되는 경우는 제외한다.미적분식 표기법은 방정식의 가독성을 높이기 위해 여기에서 선호된다.반면에 exp 스타일은 인라인 방정식이 더 편리한 경우도 있고, 실제 구분이 이루어지는 드문 경우에 필요하다.

성명서

지수 지도의 파생상품은 다음과[6] 같다.

(1)

설명
  • X = X(t)는 리 대수에서 C1(지속적으로 다른) 경로로 파생 X derivative(t) = dX(t)/dt이다.필요 없는 경우 t 논거는 생략한다.
  • adX adX(Y) = [X, Y]에 의해 주어진 리 대수학의 선형 변환이다.그것은 그 자체로 Lie 대수학의 조정된 작용이다.
  • 분율 1 - exp(-adX)/addX 파워 시리즈에 의해 주어진다.

    (2)

    행렬 지수에서와 같이 선형 내형성에 대한 지수적 지도의 파워 시리즈에서 파생된다.[6]
  • G가 매트릭스 Lie 그룹인 경우 모든 지수 발생은 파워 시리즈 확장에 의해 주어진다.
  • 언제 G가 아니다 매트릭스'리 그룹는 동안 지수 함수의 공식으로 리 이론들로 이제는 기하 급수적인 지도는 다른 두번 발생, 왼쪽 고정 벡터장의 time-one 흐름 X를 참조하십시오, 1− exp(−adX)/adX은 아직도 힘 시리즈(2)에 의해,,, G을 바라보는 리 군에 즉 리의 요소 있어서 일반 사건에 정의된 주어진다.as 분석 다지관이것은 여전히 매트릭스 케이스에서와 정확히 같은 공식에 해당한다.Lie 그룹의 요소 exp(X(t))에 의한 대수 g의 요소의 왼쪽 곱셈은 왼쪽 번역 dLexp(X(t)) 차이를 적용한 것으로 해석된다.
  • 이 공식은 또는 C의 행렬 공간에 대한 지도로 exp가 고려되는 경우에 적용된다(매트릭스 지수 참조).G = GL(n, C) 또는 GL(n, R)일 때, 개념은 정확하게 일치한다.

X에서 exp차동 덱스p를 계산하려면 덱스pX: TgX TGexp(X), 표준 레시피[2]

고용되었다.Z(t) = X + tY를 사용한 결과[6]

(3)

(1)에서 즉시 따르다.특히 덱스프0:Tg0 TGexp(0) = TGe TgX g (g는 벡터 공간이기 때문에)와 TGe g이기 때문에 정체성이 된다.

증명

아래 제시된 증거는 매트릭스 Lie 그룹을 가정한다.이것은 Lie 대수에서 매트릭스 Lie 그룹으로의 지수 매핑은 일반적인 파워 시리즈, 즉 매트릭스 지수화에 의해 주어지는 것을 의미한다.exp가 발생할 때마다 정확하게 해석된다면, 증거의 결론은 일반 사례에서 여전히 유효하다.아래 일반 사례에 대한 의견을 참조하십시오.

증명 개요는 파라메트리된 표현식의 s에 대한 차별화 기법을 사용한다.

γ에 대한 첫 번째 순서 미분 방정식을 구하는 것. 이 방정식은 s에서 직접 통합하여 해결할 수 있다.해결책은 e eX(1, t)이다.

보조정리

Let Ad는 그것의 Lie 대수학에서 그룹의 조정된 작용을 나타낸다.작용은 AdXA = A a G AXA, X ax−1 g에 의해 주어진다. 광고광고의 빈번한 유용한 관계는 다음과[7][nb 1] 같다.

(4)

증명

제품 규칙을 두 번 찾으면

그러면 한 사람은 그것을 관찰한다.

위 (4)까지통합 수익률

공식 파워 시리즈를 사용하여 지수 확장, 용어별 통합, 최종 인식 (2)

그리고 결과는 다음과 같다.여기서 제시된 증거는 본질적으로 로스만(2002년)에 제시된 것이다.좀 더 대수학적 터치를 가진 증거는 홀(2015년)에서 찾을 수 있다.[8]

일반 사례에 대한 의견

일반 사례의 공식은 다음과[9] 같다.

어디에[nb 2]

정식으로 으로 감소하다.

여기서 exp-notation은 리 대수 기하학적 매핑에 사용되며, 분수에 있는 미적분식 표기법은 일반적인 공식 시리즈 확장을 나타낸다.일반 사례에 대한 자세한 내용과 두 가지 전체 증거는 자유롭게 사용할 수 있는 Sternberg(2004) 참조를 참조하십시오.

직접적인 공식적 주장

답이 존재한다면 그 답이 무엇이어야 하는지 알 수 있는 즉각적인 방법은 다음과 같다.존재는 각각의 경우에 따로 증명될 필요가 있다.지수화 표준 한계 정의의 직접적인 분화와 분화와 한계화의 순서를 교환함으로써,

요인이 X(t)X(t)의 비확정성에 기인하는 경우.

단위 구간을 N 섹션 Δs = Δk/N(합계지수가 정수인 관계로 Δk = 1)으로 나누고 N → Δk → dk → dk, k/Ns, → → yields → yields 산출량을 허용한다.

적용들

지수 지도의 로컬 거동

지수지도의 파생상품과 함께 역함수 정리exp의 국지적 행동에 대한 정보를 제공한다.벡터 공간 사이의 모든k C, 0 ≤ , ∞, ΩfCk 역전을 가지며(여기서 먼저 매트릭스 Lie 그룹을 고려함) dfx 변위할 수 있다면 도메인의 점 x 주위에 있는 열린 집합에서 f는 C 바이어싱이다k.(3)로부터, 이는 정확히 다음과 같은 경우에 일어날 것이다.

되돌릴 수 없다.이는 이 연산자의 고유값이 모두 0이 아닐 때 발생한다.1 - exp(-adX)/adX 고유값은 다음X 같은 광고와 관련이 있다.g가 행렬 U 수렴에 대한 g(U)가 g(U)가 g(Uij)가 되는 등 전력 시리즈로 표현되는 복합 변수의 분석 함수라면 g(U)의 고유값은 g( g)가 된다. 여기서 λij U의 고유 값이다. 이중 첨자는 다음과 같다.[nb 3]현재 g(U) = 1 - exp(-U)/U U = adX 사용하는 경우 1 - exp(-adX)/adX 고유값은

여기서 λij 광고X 고유값이다.1 - exp(-expij)(-dexp)/dexpij = 0을 입력하면 덱스p가 정확하게 변환 불가능한 것으로 확인됨

광고X 고유값은 차례로 X의 고유값과 관련이 있다.X의 고유값을 λ으로i 한다.X가 더 낮은 삼각형이 되도록 기본 벡터 공간 V의 순서 기준 ei 고정한다.그러면

n > i를 가진 en 나머지 항들의 배수로.Eij 매트릭스 공간에 대한 해당 기준이 되게 한다. 즉, (Eij)kl = Δikjl.ij 기준을 i - j < n - m인 경우 E >로nm 주문한다.하나X 광고의 작용이 다음에 의해 주어지는지 확인한다.

나머지 용어mnij E > E의 배수로.즉, 광고X 대각선 상에 고유값 λij = λi - λj 가진 하위 삼각형임을 의미한다.결론은 X의 고유값이 만족하는[10][nb 4] 경우 덱스pX 변위가 불가능하므로 expX를 중심으로 한 국부적인 이안적 편향이다.

특히 매트릭스 리 그룹의 경우, 덱스프0 변환불가능하므로, exp가 매트릭스 공간에서 0㎛ g의 근방에서 생체분석적 편향이라는 역함수 정리로는 따라온다.더욱이 exp0 g g in g의 근방에서 eG의 근방으로의 2차 분석적 편향이다.[11]역함수 정리의 다지관 버전을 이용한 일반 리 그룹에도 동일한 결론이 내려진다.

덱스프ξ 자체가 충분히 작은 ξ에 대해 불가역적이라는 것도 암묵적 함수 정리로부터 따온 것이다.[12]

베이커-캠프벨-하우스도르프 공식의 도출

다음 같이 Z(t)가 정의된 경우

Z(1) = 로그(exp X exp Y )에 대한 표현식, Baker-Campbell-Hausdorff 공식은 위의 공식에서 도출할 수 있다.

그것의 왼쪽은 Y와 같을 정도로 보기 쉽다.그러므로,

그래서 [13][14]공식적으로

그러나 (4)가 주는 광고와 광고의 관계를 이용하면, 보다 쉽게 알 수 있다.

그래서

이것을 0에서 1까지의 수율 t에 적분 형태로 넣는다.

ψ의 시리즈 확장의 단순성 때문에 명시적인 Dynkin의 시리즈 공식보다 실제적으로 트랙터블이 더 많은 Z(1)의 적분 공식이 표현식은 X+Y와 X 또는 Y와 함께 중첩된 쉼표로 구성된다.이러한 선에 따른 교과서적인 증거는 홀(2015년)밀러(1972년)에서 찾아볼 수 있다.

Dynkin 계열 공식의 파생

유진 딘킨은 2003년에 집에 있었다.1947년에 Dynkin은 명백한 BCH 시리즈 공식을 증명했다.[15]푸앵카레, 베이커, 캠벨, 하우스도르프 등은 주로 브라켓 시리즈의 존재에 관심을 가졌는데, 예를 들어, 리 통신에서 중심적인 결과를 증명하는 데 있어서 많은 용도에 충분하다.[16][17]사진 제공: Dynkin Collection.

언급된 Dynkin의 공식도 파라메트릭 확장에서 시작하여 유사하게 파생될 수 있다.

언제

그래서 위의 일반적인 공식을 이용해서

하지만, 그 이후로

메르카토르 시리즈 확장에 의한 마지막 단계, 그 뒤를 잇는다.

(5)

그리고, 따라서, 통합은,

이 시점에서 BCH 공식의 정성적 진술, Z가 X, Y에 의해 생성된 Lie 대수에 있고 반복된 괄호(A)의 시리즈로서 표현 가능하다.k에 대해, 각 칸막이에 대한 용어는 통합 dt t k−1 정리되어 있다.그 결과 Dynkin의 공식은 다음과 같다.

상세한 시리즈 확장이 포함된 유사한 증거는 Rossmann(2002)을 참조한다.

콤비네이터 디테일

(5)의 합계 인덱스를 k = n - 1로 변경하고 확장

(97)

권력 서열로시리즈 확장을 간단하게 처리하려면 먼저 Z = log(eeXY)를 고려하십시오.로그 시리즈 및 exp 시리즈는

각각이것들을 조합하면 얻을 수 있다.

(98)

이 되다

(99)

여기서 Sk (99년)의 조건에 따라 길이 2k의 모든 시퀀스 s = (i1, j1, …, ik, jk)의 집합이다.

이제 (98)의 LHS에서 (eeXY - 1)을 (eeadtXadtY - 1)로 대체하십시오.방정식(99)은 다음과 같다.

또는 표기법을 바꾸면 명시적 Baker-Campbell-Hausdorff 공식을 참조한다.

두 번째 기간의 (97)에서 가장 오른쪽 eadtX 대한 합계 지수는 ik + 1 표시되지만, 시퀀스 s의 요소k 아니다. 이제 Z = Z(1) = ddZ/dttt, Z(0) = 0을 사용하여 통합한다.

이것을 로 쓰시오.

에 해당한다

(100)

여기 i 0, + > 0 + {\ 0,\,\r\leq r}.즉, (100)에서 선행항은 jk + 1 0이나 1이 아니면 소멸하며, 앞의 방정식의 첫 번째 항과 두 번째 항에 해당한다.jk + 1 = 0인 경우,1k + 1 같아야 하며, 그렇지 않으면 같은 이유로 항이 사라진다(ik + 1 = 0은 허용되지 않는다).마지막으로 지수, k → k - 1,

이것은 Dynkin의 공식이다.(99)와의 현저한 유사성은 우연이 아니다.딘킨-스페히트-를 반영한다.웨버 지도는 그 공식의 원래, 다른, 파생의 기초가 된다.[15]즉, 만약

브래킷 시리즈로 표현할 수 있으며, 그 다음 반드시[18]

(B)

관찰(A)과 정리(B)를 함께 넣으면 명시적 BCH 공식에 대한 간결한 증거가 나온다.

참고 항목

언급

  1. ^ 그 신원에 대한 증거는 여기서 찾을 수 있다.광고광고는 모두 광고 = dAd를 가진 표현이기 때문에 단순히 거짓말 그룹의 표현과 거짓말 통신에 따른 거짓말 대수 사이의 관계일 뿐이다.
  2. ^ 그것을 지탱하고 있다.
    z - 1 < 1의 경우, 여기서
    여기서 τ은 의 지수 생성 함수다.
    여기k b는 베르누이 숫자다.
  3. ^ 이는 U삼각형이고 고유값이 대각선 원소가 되는 등 기본 벡터 공간의 기초를 선택함으로써 나타난다.k 다음 U는 삼각형이고 대각선 원소 λ이다ik.U의 고유값은 f(λi)라는 것을 따른다.1.2절의 Rosmann 2002, Lema 6을 참조하라.
  4. ^ 고유값 λ이 임 π < π을 만족시키는 행렬은 지수하에서는 고유값 μ가 음의 실선이나 0에 있지 않은 행렬과 함께 바이어스된다.μμ는 복합 지수화에 의해 관련된다.Rossmann(2002) Remark 2c 섹션 1.2를 참조한다.

메모들

  1. ^ 1982년 슈미드
  2. ^ a b Rosmann 2002 분석 기능에 대한 부록.
  3. ^ 슈르 1891년
  4. ^ 푸앵카레 1899년
  5. ^ 스즈키 1985년
  6. ^ a b c 로스만 2002 정리 5장 1.2절
  7. ^ 홀 2015 제안 3.35
  8. ^ 홀의 증거가 찍힌 투인만 1995도 참조하라.
  9. ^ Sternberg 2004 이것은 방정식 (1.11)이다.
  10. ^ Rossman 2002 대상 ( 제안 7, 섹션 1.2.
  11. ^ 홀 2015 코롤라리 3.44.
  12. ^ 스턴버그 2004 섹션 1.6.
  13. ^ 2015 5.5.
  14. ^ 스턴버그 2004 섹션 1.2.
  15. ^ a b 딘킨 1947
  16. ^ 로스만 2002장 2장
  17. ^ 홀 2015 제5장.
  18. ^ 스턴버그 2004장 1.12.2.

참조

  • Dynkin, Eugene Borisovich (1947), "Вычисление коэффициентов в формуле Campbell–Hausdorff" [Calculation of the coefficients in the Campbell–Hausdorff formula], Doklady Akademii Nauk SSSR (in Russian), 57: 323–326 ; 구글 책으로부터의 번역.
  • Hall, Brian C. (2015), Lie groups, Lie algebras, and representations: An elementary introduction, Graduate Texts in Mathematics, vol. 222 (2nd ed.), Springer, ISBN 978-3319134666
  • Miller, Wllard (1972), Symmetry Groups and their Applications, Academic Press, ISBN 0-12-497460-0
  • Poincaré, H. (1899), "Sur les groupes continus", Cambridge Philos. Trans., 18: 220–55
  • Rossmann, Wulf (2002), Lie Groups – An Introduction Through Linear Groups, Oxford Graduate Texts in Mathematics, Oxford Science Publications, ISBN 0-19-859683-9
  • Schur, F. (1891), "Zur Theorie der endlichen Transformationsgruppen", Abh. Math. Sem. Univ. Hamburg, 4: 15–32
  • Suzuki, Masuo (1985). "Decomposition formulas of exponential operators and Lie exponentials with some applications to quantum mechanics and statistical physics". Journal of Mathematical Physics. 26 (4): 601–612. Bibcode:1985JMP....26..601S. doi:10.1063/1.526596.
  • Tuynman (1995), "The derivation of the exponential map of matrices", Amer. Math. Monthly, 102 (9): 818–819, doi:10.2307/2974511, JSTOR 2974511
  • 벨트만, M, 't 후프트, 지앤드위트, B(2007)"Lie Groups in Physics" 온라인 강의.
  • Wilcox, R. M. (1967). "Exponential Operators and Parameter Differentiation in Quantum Physics". Journal of Mathematical Physics. 8 (4): 962–982. Bibcode:1967JMP.....8..962W. doi:10.1063/1.1705306.

외부 링크