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Topología del espacio de hermitian positiva definida matrices

Deje $\mathcal{H}_n \mathbb{C}$ el conjunto de hermitian $n \times n$ matrices complejas. Este conjunto lleva a la estructura de un espacio vectorial sobre $\mathbb{R}$ por debajo de lo habitual, además de. También hereda la norma euclidiana de la topología de $\mathbb{C}^{n\times n}$. Deje $\mathcal{P}$ denota el subconjunto de $\mathcal{H}_n \mathbb{C}$ de positiva definida matrices y darle la topología de subespacio.

Mi pregunta es: $\mathcal{P}$ localmente compacto?

Lo que yo entiendo: $\mathcal{P}$ es cerrado bajo la combinación lineal con coeficientes positivos, en particular, es cerrado bajo la suma, la multiplicación por un escalar positivo y es convexa. En la dimensión $1$ es sólo $]0,+\infty[$, así que la respuesta es sí. Mi sensación es que la respuesta debe ser sí en dimensiones superiores, ya que los $\mathcal{P}$ es una especie de "cono" en un verdadero espacio vectorial, pero no puedo ofrecer una rigurosa prueba de ello.

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Jim Petkus Puntos 3447

Edit: creo que la primera respuesta de abajo es más eficiente y más fácil de escribir. Sin embargo, he añadido un enfoque más concreto que podría estar más cerca de lo que fueron después.

Por algún tipo de transitividad: recordar que cada abierto o cerrado subconjunto de un grupo localmente compacto espacio es localmente compacto espacio con la topología inducida por. Se utilizan ambas, abiertos y cerrados.

Considero que todos tenemos espacio equipado con la topología inducida por la norma Euclídea de $\mathbb{C}^{n\times n}$. Por lo tanto cada espacio Hausdorff. Es bueno que se sepa, a pesar de que su pregunta no se pregunta específicamente sobre este aspecto.

Como cada finito-dimensional espacio vectorial sobre $\mathbb{R}$ o $\mathbb{C}$, $\mathbb{C}^{n\times n}$ es localmente compacto cuando está equipado con la topología inducida por ninguna norma.

Claramente, $\mathcal{H}_n^+\mathbb{C}$, el conjunto de positivo semidefinite matrices, se cierra en el localmente compacto $\mathbb{C}^{n\times n}$. Por lo $\mathcal{H}_n^+\mathbb{C}$ es localmente compacto espacio.

Ahora $\mathcal{P}=\{A\in \mathcal{H}_n^+\mathbb{C}\;;\det A>0\}$. Por la continuidad de la determinante, se deduce que el $\mathcal P$ está abierto en el localmente compacto $\mathcal{H}_n^+\mathbb{C}$. Por lo tanto $\mathcal P$ es localmente compacto espacio. QED.

Parametrizadas alternativa: fix $A_0$ hermitian definido positivo, y denotan $\{t^0_1,\ldots,t_n^0\}$ (positiva) autovalores. Ahora vamos a $\epsilon:=\min t_j^0/2>0$. Después denotar $U_n$ el grupo unitario y $\mathcal{H}_n^{++}$ el cono de positivo definte hermitian matrices. Ahora, considere el mapa $$ \phi:U_n\times \prod_{j=1}^n[t_j^0-\epsilon,t_j^0+\epsilon]\longrightarrow \mathcal{H}_n^{++} $$ que envía a $(U,t_1,\ldots,t_n)$$U\mbox{diagonal}\{t_1,\ldots,t_n\}U^*$. Desde $U_n$ es compacto, el dominio es compacto. Y desde $\phi$ es continuo, el rango de $\phi$ es un subconjunto compacto de $\mathcal{H}_n^{++}$ contiene $A_0$. Así que sólo queda comprobar que este es un barrio de $A_0$$\mathcal{H}_n^{++}$. A tal fin, tenga en cuenta que contiene $$ \phi(U_n\times \prod_{j=1}^n(t_j^0-\epsilon,t_j^0+\epsilon))\ni A_0 $$ es decir, el conjunto de hermitian definido positivo de las matrices con el espectro, $\{t_1,\ldots,t_n\}$ de manera tal que, hasta una permutación, $|t_j-t_j^0|<\epsilon$ por cada $j=1,\ldots,n$. Por la continuidad del polinomio raíces de más de $\mathbb{C}$ aplicado al polinomio característico, esto está abierto en $\mathcal{H}_n^{++}$. QED.

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Chris Ballance Puntos 17329

Edit: en Primer lugar, como $\mathbb{C}^{n\times n}$ es Hausdorff, por lo que es $\mathcal{P}$.

Segundo, vamos a $B(A,r)$ denota la bola centrada en una matriz de $A$ radio $r$ $\mathbb{C}^{n\times n}$ $\bar{B}(A,r)$ de su cierre. Desde autovalores son funciones continuas de la matriz de entradas, para cualquier $P\in\mathcal{P}$ existe $r>0$ tal que $B(P,r)\cap(\mathcal{H}_n \mathbb{C})\subset\mathcal{P}$. Por lo tanto, para todos los $\varepsilon\in(0,r)$, el cierre de $B(P,\varepsilon)\cap\mathcal{P}$ $\mathcal{P}$ es simplemente $\bar{B}(P,\varepsilon)\cap\mathcal{P}=\bar{B}(P,\varepsilon)\cap(\mathcal{H}_n \mathbb{C})$, que es cerrado y acotado y por lo tanto compacto en $\mathbb{C}^{n\times n}$. Como la compacidad es una propiedad intrínseca de un conjunto, $\bar{B}(P,\varepsilon)\cap\mathcal{P}$ es también compacto en $\mathcal{P}$. Además, $\bar{B}(P,\varepsilon)\cap\mathcal{P}$ tiene un no-vacío interior ($B(P,\varepsilon)\cap\mathcal{P}$). Así que, es un compacto de vecindad en $\mathcal{P}$.

En otras palabras, $\mathcal{P}$ es un espacio de Hausdorff de tal manera que cada miembro está contenida en un compacto de vecindad. Por lo tanto $\mathcal{P}$ es localmente compacto.

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