0.行列基礎

0.7.7 可換性、反可換性、およびブロック対角行列2つの行列 \( A, B \in M_n(F) \) が 可換であるとは、\( AB = BA \) が成り立つことを意味します。可換性は一般的ではありませんが、重要な特例がよく見られま...

0.7.6 分割行列の階数とランク主小行列行列 \( A \in M_n(F) \) を次のように分割します：A = \begin{bmatrix} A_{11} & A_{12} \\ A_{21} & A_{22} \end{bmatr...

0.7.5 相補零空間次元（complementary nullities）\(A \in M_n(F)\) が可逆行列で、\(\alpha, \beta \subset \{1, \ldots, n\}\) を空でない部分集合とし、\(|...

0.7.4 Sherman–Morrison–Woodbury 公式可逆行列 \(A \in M_n(F)\) があり、その逆行列 \(A^{-1}\) が既知であるとします。ここで、B = A + XRYと定義し、\(X\) は \(n ...

0.7.3 分割行列の逆行列可逆な分割行列 A の逆行列において、対応するブロックを同様に分割形式で表現することが有用な場合があります。これは、A \(\in M_n(F)\) およびその逆行列 \(A^{-1}\) の特定の部分行列が可逆...

0.7.2 分割、ブロック行列、積の計算集合 \( \{1, \ldots, m\} \) の分割を \( \alpha_1, \ldots, \alpha_t \)、集合 \( \{1, \ldots, n\} \) の分割を \( \b...

0.7.1 部分行列\( A \in \mathbb{M}_{m,n}(F) \) とし、インデックス集合 \( \alpha \subseteq \{1, \ldots, m\} \)、\( \beta \subseteq \{1, \l...

目次0.7.1 部分行列0.7.2 分割、ブロック行列、積の計算0.7.3 分割行列の逆行列0.7.4 Sherman–Morrison–Woodbury 公式0.7.5 相補零空間次元0.7.6 分割行列の階数とランク主小行列0.7.7 ...

0.6.6 直交補空間任意の集合 \( S \subset \mathbb{C}^n \) に対して、その直交補空間はS^\perp = \{ x \in \mathbb{C}^n : x^* y = 0 \text{ for all } ...

0.6.5 直交正規基底内積空間における直交正規基底とは、直交正規列をなすベクトルからなる基底のことです。グラム–シュミット法により任意の有限基底を直交正規基底に変換可能であり、任意の直交正規列は直交正規基底に拡張できます。直交正規基底では...

0.6.4 グラム–シュミット直交化法内積空間における有限個の線形独立なベクトル列は、同じ線形包を持つ直交正規列に置き換えることが可能です。その代表的な方法がグラム–シュミット直交化法です。初めにベクトル列 \( x_1, \ldots, ...

0.6.3 コーシー–シュワルツの不等式コーシー–シュワルツの不等式によれば、任意の \( x, y \in \mathbb{C}^n \) に対して|\langle x, y \rangle| \leq \|x\|_2 \|y\|_2が成...

0.6.2 直交性と直交正規性ベクトル \( x, y \in \mathbb{C}^n \) が \( \langle x, y \rangle = 0 \) を満たすとき、直交しているといいます。2次元および3次元実空間では、これは幾何...

0.6.1 定義スカラー積 \( \langle x, y \rangle = y^* x \) は、\( x, y \in \mathbb{C}^n \) に対するユークリッド内積（標準内積、通常の内積、スカラー積、ドット積）と呼ばれます...

0.6 ユークリッド内積とノルム0.6.1 定義0.6.2 直交性と直交正規性0.6.3 コーシー–シュワルツの不等式0.6.4 グラム–シュミット直交化法0.6.5 直交正規基底0.6.6 直交補空間

0.5 非特異性（Nonsingularity）線形変換または行列が、入力が 0 のときにのみ出力が 0 となる場合、それは 非特異 (nonsingular) であるといいます。それ以外の場合は 特異 (singular) です。もし \...

0.4.6 ランクの等式ランクに関する基本的な等式には、以下のようなものがあります：(a)もし \( A \in M_{m,n}(\mathbb{C}) \) であれば、次が成り立ちます：\operatorname{rank}(A^*) =...

0.4.5 ランクの不等式ランクに関する基本的な不等式には、以下のようなものがあります：(a)もし \( A \in M_{m,n}(F) \) であれば、\operatorname{rank} A \leq \min\{m, n\}(b)...

0.4.4 ランクの特徴づけ行列 \( A \in M_{m,n}(F) \) に関して、以下の記述は同値であり、状況に応じて使い分けられます。特に (b) と (c) は列または行の線形独立性に関わる重要なポイントです。ランク \( \o...

0.4.3 RREF とランク初等行操作は行列のランクを変えないため、\( A \) のランクは \( A \) の簡約階段行列（RREF）のランクと同じです。RREF のランクは非ゼロ行の数に等しいです。ただし、実務上、数値計算でRREF...

0.4.2 ランクと線形方程式系行列 \( A \in M_{m,n}(F) \) とベクトル \( b \in F^n \) が与えられたとき、線形方程式系 \( Ax = b \) は解なし、ただ一つの解、または無限に多くの解を持ちます...

0.4.1 定義行列 \( A \in M_{m,n}(F) \) に対し、ランク \( \operatorname{rank} A = \dim \operatorname{range} A \) は、\( A \) の列の中で最長の線形...

0.4 ランク（Rank）0.4.1 定義0.4.2 ランクと線形方程式系0.4.3 RREF とランク0.4.4 ランクの特徴づけ0.4.5 ランクの不等式0.4.6 ランクの等式

0.3.6 行列式の関数的特徴づけ（Functional characterization of the determinant）行列式を行（または列）のそれぞれを固定して他を変数とした関数と考えると、ラプラス展開（式 (0.3.1.1)）...

0.3.5 乗法性（Multiplicativity）行列式関数の重要な性質の一つに、乗法性があります。すなわち、任意の \( A, B \in M_n(F) \) に対して、以下が成り立ちます：\det(AB) = \det(A) \de...

0.3.3 基本的な行・列の操作（Elementary row and column operations）行列（正方行列でなくてもよい）に対して、3種類の単純かつ基本的な操作、すなわち 基本行・列操作 を用いて、線形方程式の解法、ランクの...

0.3.2 交代和と順列による定義\( \{1, \dots, n\} \) の順列とは、1対1写像 \( \sigma : \{1, \dots, n\} \to \{1, \dots, n\} \) のことです。恒等順列（identit...

0.3.1 小行列式によるラプラス展開（行または列に沿って）行列 \( A = \in M_n(F) \) に対して、行列式は次のように帰納的に定義することができます。まず、\( M_{n-1}(F) \) 上で行列式が定義されていると仮定...

0.3 行列式（Determinants）数学においては、多変量的な現象をひとつの数値で要約することが有用な場合がよくあります。行列式（determinant）はそのような関数の一例です。その定義域は \( M_n(F) \)（すなわち正方...