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गणित · शब्दावली

हर्मीशियन अंतःरूपांतरण क्या है?

अन्य नाम: एकात्मक समूह

परिभाषा 13.5 विश्वविद्यालय गणित — स्नातक वर्ष 2 · अध्याय 13 — हर्मीशियन रूप

uL(E)u \in \mathcal{L}(E) का सहसंलग्न uu^* u(x),y=x,u(y)\langle u^*(x), y\rangle = \langle x, u(y)\rangle से परिभाषित होता है; और किसी प्रसामान्य लांबिक आधार में Mat(u)=AT=:A\operatorname{Mat}(u^*) = \conj{A}^{\mathsf T} =: A^{\dagger} (संयुग्मी परिवर्त) — वास्तव में यदि B=(bij)B = (b_{ij}) प्रसामान्य लांबिक आधार (ei)(e_i) में uu^* का आव्यूह हो, तो bij=ei,u(ej)b_{ij} = \langle e_i, u^*(e_j)\rangle, और परिभाषा वाली सर्वसमिका देती है

bij=u(ej),ei=ej,u(ei)=aji,अतःB=AT.\conj{b_{ij}} = \langle u^*(e_j), e_i\rangle = \langle e_j, u(e_i)\rangle = a_{ji} , \qquad\text{अतः}\qquad B = \conj{A}^{\mathsf T} .

uu हर्मीशियन कहलाता है जब u=uu^* = u (A=AA^\dagger = A), एकात्मक जब uu=idu^*u = \mathrm{id} (AA=IA^\dagger A = I: समूह U(n)U(n)), और प्रसामान्य जब uu=uuu^*u = uu^*

उदाहरण

उदाहरण 13.7 (एक विषम-हर्मीशियन आव्यूह, विकर्णित)

A=(0220)A = \begin{pmatrix} 0 & -2\\ 2 & 0\end{pmatrix} A=AT=AA^\dagger = A^{\mathsf T} = -A पूरा करता है: अर्थात् विषम-हर्मीशियन (और वास्तविक प्रतिसममित भी — R\R पर उसका कोई अभिलक्षणिक मान है ही नहीं)। अभिलक्षणिक बहुपद X2+4X^2 + 4: अभिलक्षणिक मान ±2i\pm2\iu, जो विशुद्ध काल्पनिक हैं, ठीक जैसा अभ्यास 13.9 सामान्य रूप से बताती है। अभिलक्षणिक सदिश: (A2iI)v=0(A - 2\iu I)v = 0 v1=12(1,i)v_1 = \frac{1}{\sqrt2}(1, \iu) देता है, और 2i-2\iu के लिए v2=12(1,i)v_2 = \frac{1}{\sqrt2}(1, -\iu); और वे लांबिक हैं:

v1,v2=12(11+i(i))=12(11)=0.\langle v_1, v_2\rangle = \tfrac12\bigl(\conj{1}\cdot1 + \conj{\iu}\cdot(-\iu)\bigr) = \tfrac12(1 - 1) = 0 .

अतः एकात्मक U=(v1 v2)U = (v_1\ v_2) सहित A=Udiag(2i,2i)UA = U\operatorname{diag}(2\iu, -2\iu)\,U^\dagger। समापन दृष्टि: H=iA=(02i2i0)H = -\iu A = \begin{pmatrix} 0 & 2\iu\\ -2\iu & 0\end{pmatrix} वास्तविक वर्णक्रम {±2}\{\pm2\} और उन्हीं अभिलक्षणिक सदिशों के साथ हर्मीशियन है — अर्थात् हर्मीशियन और विषम-हर्मीशियन अंतःरूपांतरणों के बीच का एकैकी आच्छादक प्रतिचित्रण uiuu \mapsto \iu u (अभ्यास 13.9), आव्यूह-दर-आव्यूह देखा हुआ; और R\R पर वही AA बिना किसी अभिलक्षणिक सदिश का घूर्णन-मापन है, तथा केवल C\C तक जाने पर ही उसका प्रसामान्य रूप प्रकट होता है।

उदाहरण 13.9

A=(0ii0)A = \begin{pmatrix} 0 & -\iu\\ \iu & 0\end{pmatrix} हर्मीशियन है (A=AA^\dagger = A): χA=X21\chi_A = X^2 - 1 से अभिलक्षणिक मान ±1\pm 1 (वास्तविक, जैसा वचन था), और प्रसामान्य लांबिक अभिलक्षणिक सदिश 12(1,i)T\frac{1}{\sqrt2}(1, \iu)^{\mathsf T} तथा 12(1,i)T\frac{1}{\sqrt2}(1, -\iu)^{\mathsf T}। (भौतिकी वाले AA को पाउली आव्यूह के रूप में जानते हैं; और हर्मीशियन वर्णक्रमों का वास्तविक होना ही वह कारण है जिससे क्वांटम प्रेक्षणीय राशियाँ हर्मीशियन संकारकों से प्रतिरूपित की जाती हैं।)

उदाहरण 13.10 (एक धनात्मक निश्चित हर्मीशियन आव्यूह, किया हुआ)

A=(21i1+i3)A = \begin{pmatrix} 2 & 1-\iu\\ 1+\iu & 3\end{pmatrix}: यह हर्मीशियन है, क्योंकि विकर्ण वास्तविक है और विकर्णेतर प्रविष्टियाँ संयुग्मी। अभिलक्षणिक बहुपद:

(2λ)(3λ)1i2=λ25λ+4=(λ1)(λ4):(2-\lambda)(3-\lambda) - \abs{1-\iu}^2 = \lambda^2 - 5\lambda + 4 = (\lambda - 1)(\lambda - 4) :

वर्णक्रम {1,4}\{1, 4\}, जो वास्तविक और धनात्मक है — अतः AA धनात्मक निश्चित है। अभिलक्षणिक सदिश: λ=4\lambda = 4 के लिए निकाय (A4I)v=0(A - 4I)v = 0 v4=(1i, 2)v_4 = (1 - \iu,\ 2) देता है (दूसरी पंक्ति जाँचिए: (1+i)(1i)2=0(1+\iu)(1-\iu) - 2 = 0); और λ=1\lambda = 1 के लिए v1=(1i, 1)v_1 = (1 - \iu,\ -1)। लांबिकता, पहले खाँचे में संयुग्म के साथ:

v4,v1=(1i)(1i)+2(1)=22=0.\langle v_4, v_1\rangle = \conj{(1-\iu)}\,(1-\iu) + \conj{2}\,(-1) = 2 - 2 = 0 . \checkmark

सामान्यीकरण (v42=2+4=6\norm{v_4}^2 = 2 + 4 = 6, v12=2+1=3\norm{v_1}^2 = 2 + 1 = 3) करने पर A=Udiag(4,1)UA = U\operatorname{diag}(4,1)U^\dagger सहित एकात्मक U=(v46 v13)U = \bigl(\frac{v_4}{\sqrt6}\ \frac{v_1}{\sqrt3}\bigr) मिलता है। समापन दृष्टि: रैले-पाठ तत्काल है — C2\C^2 के इकाई गोलक पर x,Ax\langle x, Ax\rangle [1,4]\intcc{1}{4} में घूमता है और दोनों अभिलक्षणिक सदिशों पर प्राप्त होता है; और यही उस कूराँ–फिशर सिद्धांत का n=2n = 2 बीज है जो सप्ताहांत समस्या में खड़ा किया गया है। अभिलक्षणिक सदिशों से हटकर भी रूप के वास्तविक होने की जाँच कीजिए: x=(1,i)x = (1, \iu) पर

Ax=(2+(1i)i, (1+i)+3i)=(3+i, 1+4i),Ax = \bigl(2 + (1-\iu)\iu,\ (1+\iu) + 3\iu\bigr) = (3 + \iu,\ 1 + 4\iu),
x,Ax=1(3+i)+i(1+4i)=(3+i)+(i)(1+4i)=3+ii+4=7R,\langle x, Ax\rangle = \conj{1}\,(3+\iu) + \conj{\iu}\,(1+4\iu) = (3 + \iu) + (-\iu)(1 + 4\iu) = 3 + \iu - \iu + 4 = 7 \in \R ,

जैसा प्रतिज्ञप्ति 13.6 की उपपत्ति की कार्यविधि (A=AA^\dagger = A के विरुद्ध संयुग्मी-सममितता) प्रत्येक xx के लिए गारंटी देती है।

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