Deje que$f: G= \mbox{GL}(n,\mathbb{R}) \to \mathbb{R}$ sea la función determinante. Entonces$\mbox{Hess} (f)$ es un mapa lineal en$M_{n}(\mathbb{R})\simeq T_{e}(G)$ donde$e$ es el elemento neutral de$G$, la matriz de identidad. ¿Cuál es una fórmula explícita para este Hessian? (En términos de terminologías matriciales)
Respuesta
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La fórmula que usted está buscando puede ser obtenida mediante la diferenciación de la fórmula de Jacobi $$ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} \det A(t) = \det A(t) \cdot \operatorname{tr}\left( A^{-1} \frac{\mathrm{d}A}{\mathrm{d}t} \right) $$ con respecto a un segundo parámetro, decir $s$: \begin{multline} \frac{\partial^2}{\partial s \partial t} \det A(s,t) = \det A(s,t) \cdot \bigg[ \operatorname{tr}\left( A^{-1} \frac{\partial A}{\partial s} \right) \operatorname{tr}\left( A^{-1} \frac{\partial A}{\partial t} \right) \\ + \operatorname{tr}\left( A^{-1} \frac{\partial^2 A}{\partial s \partial t} \right) - \operatorname{tr}\left( A^{-1} \frac{\partial A}{\partial s} A^{-1} \frac{\partial A}{\partial t} \right) \bigg] \end{multline} Ahora tome $s = A_{ij}$ e $t = A_{kl}$, lo $\frac{\partial A}{\partial s} = E_{ij}$ es la matriz con un uno en su $(i,j)$-de entrada, y ceros en otros lugares. Del mismo modo $\frac{\partial A}{\partial t} = E_{kl}$, e $\frac{\partial^2 A}{\partial s \partial t} = 0$. El deseado de Hess es entonces \begin{align*} \operatorname{Hess}(\det)_A(U,V) &= U_{ij} V_{kl} (\det A)\bigg[ \operatorname{tr}\left( A^{-1} E_{ij} \right) \operatorname{tr}\left( A^{-1} E_{kl} \right) - \operatorname{tr}\left( A^{-1} E_{ij} A^{-1} E_{kl} \right) \bigg] \\ &= U_{ij} V_{kl} (\det A)\bigg[ (A^{-1})_{mn} (E_{ij})_{nm} (A^{-1})_{pq} (E_{kl})_{qp} \\ &\hspace{4cm} - (A^{-1})_{mn} (E_{ij})_{np} (A^{-1})_{pq} (E_{kl})_{qm} \bigg] \\ &= U_{ij} V_{kl} (\det A)\bigg[ (A^{-1})_{mn} \delta_{in} \delta_{jm} (A^{-1})_{pq} \delta_{kq} \delta_{lp} \\ &\hspace{4cm} - (A^{-1})_{mn} \delta_{in} \delta_{jp} (A^{-1})_{pq} \delta_{kq} \delta_{lm} \bigg] \\ &= U_{ij} V_{kl} (\det A)\bigg[ (A^{-1})_{ji} (A^{-1})_{lk} - (A^{-1})_{li} (A^{-1})_{jk} \bigg] \\ &= \det A \bigg[ U_{ij} (A^{-1})_{ji} V_{kl} (A^{-1})_{lk} - U_{ij} (A^{-1})_{jk} V_{kl} (A^{-1})_{li} \bigg] \\ &= \det A \bigg[ \operatorname{tr}(U A^{-1}) \operatorname{tr}(V A^{-1}) - \operatorname{tr}(U A^{-1} V A^{-1}) \bigg] \\ \end{align*} con el convenio de sumación de Einstein en plena vigencia en todo. Mediante la evaluación de esta fórmula en $A = e,$ la $n \times n $ matriz identidad, se obtiene la deseada caso especial $$ \operatorname{Hess}(\det)_e(U,V) = \operatorname{tr}(U) \operatorname{tr}(V) - \operatorname{tr}(U V). $$
