تعريف 13.5الرياضيات الجامعية — السنة 2 · الفصل 13 — الصيغ الهرميتية
يُعرَّف المرافقu∗ للتشاكل u∈L(E) بالعلاقة ⟨u∗(x),y⟩=⟨x,u(y)⟩؛ وفي أساس متعامد ممنظم، Mat(u∗)=AT=:A† (وهو المنقول المرافق) — فعلًا، إذا كانت B=(bij) مصفوفة u∗ في الأساس المتعامد الممنظم (ei)، فإن bij=⟨ei,u∗(ej)⟩، وتعطي المتطابقة المعرِّفة
bij=⟨u∗(ej),ei⟩=⟨ej,u(ei)⟩=aji,ومنهB=AT.
ويكون uهرميتيًا إذا كان u∗=u (A†=A)، ووحدويًا إذا كان u∗u=id (A†A=I: أي الزمرة U(n))، وناظميًا إذا كان u∗u=uu∗.
أمثلة
مثال 13.7(مصفوفة ضدّ هرميتية، مقطَّرة)
A=(02−20) تحقق A†=AT=−A: فهي ضدّ هرميتية (وهي أيضًا حقيقية ضدّ متماثلة — وعلى R ليست لها أي قيمة ذاتية إطلاقًا). وكثير الحدود المميزX2+4: فالقيمتان الذاتيتان ±2i، وهما تخيليتان محضًا، كما تتنبأ التمرين 13.9 عمومًا. والمتجهتان الذاتيتان: يعطي (A−2iI)v=0 أن v1=21(1,i)، وv2=21(1,−i) من أجل −2i؛ وهما متعامدتان:
⟨v1,v2⟩=21(1⋅1+i⋅(−i))=21(1−1)=0.
ومنه A=Udiag(2i,−2i)U† مع U=(v1v2) وحدوية. والفكرة الختامية: H=−iA=(0−2i2i0) هرميتية بالطيف الحقيقي {±2} وبالمتجهات الذاتية نفسها — أي التقابل u↦iu بين التشاكلات الهرميتية وضدّ الهرميتية (التمرين 13.9)، مرئيًا مصفوفةً مصفوفة؛ وعلى R تكون A نفسها دورانًا مع تغيير سلّم بلا أي متجهة ذاتية إطلاقًا، ولا يكشف صورتها الطبيعية إلا الانتقال إلى C.
مثال 13.9
A=(0i−i0) هرميتية (لأن A†=A): والقيم الذاتية من χA=X2−1: ±1 (حقيقية، كما وُعد)، بمتجهتين ذاتيتين متعامدتين ممنظمتين 21(1,i)T و21(1,−i)T. (ويعرف الفيزيائيون A بمصفوفة باولي؛ و حقيقيةُ الأطياف الهرميتية هي السبب في نمذجة المراقَبات الكمومية بمؤثرات هرميتية.)
مثال 13.10(مصفوفة هرميتية معرَّفة موجبة، منفَّذة)
A=(21+i1−i3): هرميتية، لأن القطر حقيقي والعناصر خارج القطر مترافقة. وكثير الحدود المميز:
(2−λ)(3−λ)−∣1−i∣2=λ2−5λ+4=(λ−1)(λ−4):
والطيف{1,4}، وهو حقيقي وموجب — ومن ثم فإن A معرَّفة موجبة. والمتجهات الذاتية: من أجل λ=4، تعطي الجملة (A−4I)v=0 أن v4=(1−i,2) (وللتحقق من السطر الثاني: (1+i)(1−i)−2=0)؛ ومن أجل λ=1، v1=(1−i,−1). والتعامد، مع المرافق في الخانة الأولى:
⟨v4,v1⟩=(1−i)(1−i)+2(−1)=2−2=0.✓
والتنظيم (∥v4∥2=2+4=6، ∥v1∥2=2+1=3) يعطي المصفوفة الوحدوية U=(6v43v1) مع A=Udiag(4,1)U†. والفكرة الختامية: قراءة رايلي مباشرة — فعلى كرة الوحدة في C2، تجري ⟨x,Ax⟩ على [1,4]، وتُبلغ عند المتجهتين الذاتيتين؛ وهذه هي بذرة n=2 لنظرية كوران–فيشر المبنية في مسألة نهاية الأسبوع. وللتحقق من أن الصيغة حقيقية خارج المتجهات الذاتية أيضًا: عند x=(1,i)،