行列 [行列解析0.2.7]行列の列空間と行空間
0.2.7 行列の列空間と行空間行列 \( A \in M_{m,n}(F) \) の像（range）は、その列空間（column space）とも呼ばれます。なぜなら、任意の \( x \in F^n \) に対して \( Ax \) は...
行列
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行列 [行列解析0.2.6]行列積のメタ力学的見方
0.2.6 行列積のメタ力学的見方（Metamechanics）行列とベクトルの積、および行列どうしの積には通常の定義のほかにも、いくつかの有用な視点があります。行列 \( A \in M_{m,n}(F) \)、列ベクトル \( x \i...
行列 [行列解析0.2.5]転置、共役転置、トレース
0.2.5 転置、共役転置、トレース行列 \( A = \in M_{m,n}(F) \) に対して、転置行列 \( A^T \) は \( M_{n,m}(F) \) に属する行列であり、その \( i, j \) 成分は \( a_{j...
行列 [行列解析0.2.4]行列の演算
0.2.4 行列の演算行列の加法は、同じ次元の行列に対して成分ごとに定義され、「\( A + B \)」と書かれます。これは線形変換の加法に対応し、体の加法の可換性・結合性を受け継ぎます。全ての成分がゼロの行列（ゼロ行列）は加法単位元であり...
行列 [行列解析0.2.3]行列または線形変換に関連づけられるベクトル空間
0.2.3 行列または線形変換に関連づけられるベクトル空間任意の \( n \) 次元ベクトル空間は \( \mathbb{F}^n \) と同型であるため、行列 \( A \in M_{m,n}(\mathbb{F}) \) は線形変換：...
行列 [行列解析0.2.2]線形変換
0.2.2 線形変換体 \( \mathbb{F} \) 上の \( n \) 次元ベクトル空間 \( U \) と \( m \) 次元ベクトル空間 \( V \) を考え、基底 \( B_U \) および \( B_V \) をそれぞれ...
行列 [行列解析0.2.1]長方形行列
0.2.1 長方形行列行列とは、体 \( \mathbb{F} \) 上のスカラーによる m 行 n 列 の配列です。特に \( m = n \) の場合、その行列は正方行列と呼ばれます。体 \( \mathbb{F} \) 上の全ての m...
行列 [行列解析0.2]行列
0.2 行列（Matrices）ここで扱う基本的な対象は、以下の2つの重要な観点から捉えることができます。1つはスカラーの長方形配列として、もう1つは、各ベクトル空間に基底が指定されたうえでの線形変換としてです。0.2.1 長方形配列0.2...
行列 [行列解析0.1.8]同型写像
0.1.8 同型写像（Isomorphism）\( U \) および \( V \) が同じスカラー体 \( \mathbb{F} \) 上のベクトル空間であり、関数 \( f : U \to V \) が次の性質を持つとします：\( f ...
行列 [行列解析0.1.7]次元
0.1.7 次元ある正の整数 \( n \) が存在して、ベクトル空間 \( V \) のすべての基底がちょうど \( n \) 個の要素からなるとき、その \( n \) を \( V \) の次元（dimension）と呼び、記号 \(...
行列 [行列解析0.1.6]基底への拡張
0.1.6 基底への拡張任意の線形独立なベクトル列は、何らかの方法（複数の場合もある）で \( V \) の基底に拡張できます。ベクトル空間の基底は有限とは限りません。たとえば、無限列 \( 1, t, t^2, t^3, \ldots \...
行列 [行列解析0.1.5]基底
0.1.5 基底ベクトル空間 \( V \) における線形独立なベクトル列で、そのスパンが \( V \) 全体になるものを、\( V \) の基底（basis）と呼びます。すなわち、すべてのベクトルは、基底の要素の一次結合として一意に表さ...
行列 [行列解析0.1.4]線形従属と線形独立
0.1.4 線形従属と線形独立ベクトル空間 \( V \) 上の有限個のベクトル \( v_1, \ldots, v_k \) の列が 線形従属であるとは、すべてが 0 ではないスカラー \( a_1, \ldots, a_k \in \m...
行列 [行列解析0.1.3]部分空間、スパン、線形結合
0.1.3 部分空間、スパン、線形結合体 \( \mathbb{F} \) 上のベクトル空間 \( V \) に対して、\( V \) の部分集合であって、\( V \) と同じベクトル加法およびスカラー倍により再び \( \mathbb{...
行列 [行列解析0.1.2]ベクトル空間
0.1.2 ベクトル空間体 \( \mathbb{F} \) 上のベクトル空間 \( V \) は、以下の性質を持つ集合です：「加法」という二項演算の下で閉じており、加法は結合的・可換的です。加法における単位元（ゼロベクトル、記号 \( 0...
行列 [行列解析0.1.1]スカラー体
0.1.1 スカラー体ベクトル空間の背後には、その体（スカラーの集合）があります。ここで扱う体は、通常は実数体 \( \mathbb{R} \) または複素数体 \( \mathbb{C} \)（付録Aを参照）ですが、有理数体、素数を法とす...
行列 [行列解析0.1]ベクトル空間
0.1 ベクトル空間有限次元ベクトル空間は、行列解析の基本的な枠組みです。0.1.1 スカラー体0.1.2 ベクトル空間0.1.3 部分空間、スパン、線形結合0.1.4 線形従属と線形独立0.1.5 基底0.1.6 基底への拡張0.1.7 ...
行列 [行列解析0.0]はじめに
0.1 はじめにこの最初の章では、本書の残りの部分の基礎となる多くの有用な概念と事実を要約します。これらの内容の一部は、典型的な線形代数の初等コースで扱われる内容ですが、本書では、後続の説明には登場しない追加の有用な項目についても取り上げま...
行列 [行列解析0]復習と雑学
0.復習と雑学この最初の章では、本書の残りの部分の基礎となる、多くの有用な概念と事実をまとめています。この内容の一部は、線形代数の一般的な初級コースに含まれていますが、以降の説明では取り上げない追加の有用な項目も含まれています。読者は、第 ...
行列解析 [行列解析]
0 復習および雑記 (Review and Miscellanea)0.0 はじめに (Introduction)0.1 ベクトル空間 (Vector spaces)0.2 行列 (Matrices)0.3 行列式 (Determinant...
2.ユニタリ相似とユニタリ同値 2.5.16定理
定理 2.5.16（Fuglede–Putnam）. \( A \in M_n \)、\( B \in M_m \) が正規行列であり、\( X \in M_{n,m} \) とする。このとき、AX = XB \quad \Leftrigh...
2.ユニタリ相似とユニタリ同値 2.5.15定理
定理 2.5.15. \( \mathcal{N} \subseteq M_n(\mathbb{R}) \) を、非空な実正規行列の可換族とする。このとき、実直交行列 \( Q \) および非負整数 \( q \) が存在して、任意の \(...
2.ユニタリ相似とユニタリ同値 2.5.11系
系 2.5.11. \( A \in M_n(\mathbb{R}) \) とする。(a) \( A = A^\top \) であることと、実直交行列 \( Q \in M_n(\mathbb{R}) \) が存在して、Q^\top A Q...
2.ユニタリ相似とユニタリ同値 2.5.8定理
定理 2.5.8. \( A \in M_n(\mathbb{R}) \) が正規行列であるとする。(a) 実直交行列 \( Q \in M_n(\mathbb{R}) \) が存在して、次の形の実準対角行列と実直交相似である：Q^\top...
2.ユニタリ相似とユニタリ同値 2.5.7補題
補題 2.5.7. 行列 \( A = \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} \in M_2(\mathbb{R}) \) が正規行列であり、かつ共役な非実の固有値を持つと仮定する。このと...
2.ユニタリ相似とユニタリ同値 2.5.6定理
定理 2.5.6. \( A \in M_n \) がエルミート行列であり、固有値が \( \lambda_1, \ldots, \lambda_n \) であるとします。また、\Lambda = \mathrm{diag}(\lambda...
2.ユニタリ相似とユニタリ同値 2.5.5定理
定理 2.5.5. \( N \subseteq M_n \) を正規行列の空でない族とします。このとき、次の2つは同値です：\( N \) が可換な族である。\( N \) が同時にユニタリ対角化可能な族である。任意の \( A_0 \i...
2.ユニタリ相似とユニタリ同値 2.5.4定理
定理 2.5.4. \( A \in M_n \) が正規行列であり、異なる固有値 \( \lambda_1, \ldots, \lambda_d \) を持ち、それぞれの重複度が \( n_1, \ldots, n_d \) であるとしま...
2.ユニタリ相似とユニタリ同値 2.5.3正規行列の定理
定理 2.5.3行列 \( A = \in M_n \) が固有値 \( \lambda_1, \ldots, \lambda_n \) を持つとします。以下の主張はすべて同値です：\( A \) は正規行列である。\( A \) はユニタ...
2.ユニタリ相似とユニタリ同値 2.5.2補題
補題 2.5.2行列 \( A \in M_n \) が次のように分割されているとします：A =\begin{bmatrix}A_{11} & A_{12} \\0 & A_{22}\end{bmatrix}ここで \( A_{11} \)...