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Si A+tB es nilpotent para n+1 valores diferentes de t, entonces a y B son nilpotent.

Supongamos que a y B son $n\times n$ matrices de más de $\mathbb{R}$ tal que para n+1 diferenciadas $t \in \mathbb{R}$, la matriz a+tB es nilpotent. Probar que a y B son nilpotent.

Lo que yo he probado hasta ahora:
Definir $f(t)=(A+tB)^n$. A continuación, $f(t)$ ha polinomios de grado a lo más n como sus entradas. Cada uno de estos polinomios tiene n+1 distintas raíces, y por lo tanto es la constante cero del polinomio. Esto muestra que para todos los $t \in \mathbb{R} \ f(t)=0$, lo que, en particular, da $A^n= f(0) =0$ que muestra Una es nilpotent.
Ahora bien, si ninguna de las $t_1,...t_{n+1}$ , que hacen Un+tB nilpotent, es cero, podemos usar $g(t)=(tA+B)^n$ con raíces $\frac{1}{t_i}$ similar y demostrar que B también es nilpotent. Pero no tengo idea de en caso de que uno de los $t_i$ es cero.

Gracias de antemano.

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Andreas Caranti Puntos 35676

Uno puede hacerlo de esta manera.

Considere el polinomio en dos variables $t, \lambda$ $$ (-1)^{n} \det((A + t B) - \lambda I). $$ Consideramos esto como un polinomio en $t$, de grado $n$, con coeficientes en el campo de funciones racionales $\mathbb{R}(\lambda)$. Por hipótesis, por $n+1$ distintos valores de $t$, que coincide con $\lambda^{n}$, de modo que uno tiene la igualdad $$ (-1)^{n} \det((A + t B) - \lambda I) = \lambda^{n} $$ de polinomios en $t, \lambda$. Así que puede sustituir a cualquier cosa en $t$ o $\lambda$, y aún así será una igualdad. Sustituto $t^{-1} \mu$ donde $\mu$ es otro indeterminado, para $\lambda$, e $t^{-1}$$t$, de modo que tenemos $$ (-1)^{n} \det((A + t^{-1} B) - t^{-1} \mu I) = (t^{-1} \mu)^{n}. $$ Teniendo en cuenta que esta igualdad en el campo de funciones racionales, podemos multiplicar por $t^{n}$ y obtener $$ (-1)^{n} \det((t + B) - \mu I) = \mu^{n}. $$ Esta es ahora una identidad de polinomios en la indeterminates $t, \mu$.

Por último set $t = 0$ a que el polinomio característico de a$B$$\mu^{n}$, hasta el signo, por lo que el $B$ también es nilpotent.


Tenga en cuenta que el truco básico es común, y aparece por ejemplo en aplicar el criterio de Eisenstein para demostrar que el $p$-th cyclotomic polinomio tiene grado $p-1$, cuando se $p$ es primo. Es decir, uno tiene un primer $p$, y quiere demostrar que si $x = 1 + t$, luego $$\etiqueta{igualdad} x^{p-1} + x^{p-2} + \dots + x + 1 =\\= t^{p-1} + \binom{p}{p-1} t^{p-2} + \dots + \binom{p}{2} t + \binom{p}{1}. $$ Una sostiene que la $$ x^{p} - 1 = (x-1) (x^{p-1} + x^{p-2} + \dots + x + 1), $$ y, a continuación, sustituyendo $x = 1 + t$ uno tiene \begin{align} x^{p} - 1 &= (1+t)^{p} - 1 \\&= \left( \sum_{i=0}^{p} \binom{p}{i} t^{i} \right) - 1 \\&= t \cdot \sum_{i=1}^{p} \binom{p}{i} t^{i-1} \\&= t \cdot (t^{p-1} + \binom{p}{p-1} t^{p-2} + \dots + \binom{p}{2} t + \binom{p}{1}). \end{align} Ahora usted puede dividir por $t = x - 1$ y obtener la necesaria (la igualdad), que es una igualdad de polinomios, y por lo tanto se mantiene cuando se $t = 0$ (y por lo tanto $x = 1$), a pesar del hecho de que hemos dividido por $t$.

5voto

Andy Puntos 21

Esta es una más completos de escribir hasta el uso de las ideas de @QuangHoang. También puede ser visto como una analítica (en lugar de algebraica) de la versión de las ideas de @AndreasCaranti

Como antes, definir $f(t)=(A+tB)^n$. Esta es una matriz de valores de la función, pero mediante el examen de cada una de las entradas que hemos $n^2$ real con valores de funciones. Tenemos que $f(t)_{ij}$ es un polinomio de grado en la mayoría de las $n$ a que, al menos, $n+1$ raíces, y por lo tanto es idéntica a cero, por lo $(A+tB)^n=0$ todos los $t$. Al $t=0$ tenemos el resultado que $A$ es nilpotent.

Ahora, considere la posibilidad de $g(t)=((1-t)A+tB)^n=(1-t)^nf(t/(1-t)).$ Al $t\neq 1$, desde el anterior que $g(t)=0$. Sin embargo, $g(t)$ es también un polinomio en $t$ en cada entrada, y por lo tanto es continua, por lo $g(1)=B^n=0$.

4voto

Quang Hoang Puntos 8066

Una vez $f(t)=0$ todos los $t$, usted puede olvidarse de la original $n+1$ valores de $t$ y elija cualquiera de los $n+1$ valores distintos de cero, para luego proceder con su argumento.

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