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¿Cómo puedo determinar el número de productos de la cuña de $1$-los formularios que necesita para expresar $k$-forma como la suma de los mismos?

Esta pregunta fue motivado por esta relacionado: Cómo "lejos" de una forma diferencial es de un exterior del producto .

Deje $\mathbb{V}$ ser un espacio vectorial de dimensión $n$ con campo subyacente $\mathbb{F}$, y decir (por falta de un término mejor) que la cuña rango de una $k$-forma $$\phi \in \Lambda^k \mathbb{V}^*$$ is the minimum number $r$ for which there are exist wedge products $v_a^1 \wedge \cdots \wedge v_a^k$, $a = 1, \ldots, r$, of $1$-forms $v_a^b \in \mathbb{V}^*$, $b = 1, \ldots, k$, tal que $$\phi = \sum_{a = 1}^r v_a^1 \wedge \cdots \wedge v_a^k.$$ (Para mayor comodidad, se puede declarar el vacío de la suma de valor de la $0$ k-forma, de modo que la cuña rango de $0$$0$.)

En general, dada $\phi$, lo que es una manera eficaz de determinar su rango de cuña $r$?

Nos puede hacer un poco obvio observaciones: en Primer lugar, $r \leq \dim \Lambda^k \mathbb{V}^* = {{n}\choose{k}}$, pero en general es mucho más pequeña, y de todos modos para un valor distinto de cero $0$-, $1$- y $n$, $r = 1$, y la explotación de los naturales isomorfismo $\Lambda^{n - 1} \mathbb{V}^* \cong \mathbb{V} \otimes \Lambda^n \mathbb{V}^*$ da que lo mismo se aplica a un valor distinto de cero $(n - 1)$-formas.

Para $k = 2$ $2$forma $\phi$ ha cuña rango $1$ (es decir, es descomponible) iff $\phi \wedge \phi = 0$, y podemos aprovechar el isomorfismo $\Lambda^{n - 2} \mathbb{V}^* \cong \Lambda^2 \mathbb{V} \otimes \Lambda^n \mathbb{V}^*$. Además, si $n$ es incluso, la cuña rango de $\phi$ es exactamente $k$ fib $$\underbrace{\phi \wedge \cdots \wedge \phi}_k \neq 0 \qquad \text{but} \qquad \underbrace{\phi \wedge \cdots \wedge \phi}_{k + 1} = 0.$$ (Tal vez algo similar vale para la extraño $n$?)

En la mayor tensor de filas, la historia rápidamente se vuelve más complicado. Por ejemplo, si $\dim \mathbb{V} = 7$ (e $\mathbb{F}$ perfecto y $\text{char } \mathbb{F} \neq 2$), el tensor de rango de $3$forma $\phi$ es en la mayoría de las $5$ (esto ya parece no evidentes). Resulta que (al menos más de $\mathbb{R}$ $\mathbb{C}$ $r = 5$ fib el $\Lambda^7 \mathbb{V}^*$valores de forma bilineal $$(X, Y) \mapsto (i_X \phi) \wedge (i_Y \phi) \wedge \phi$$ is nondegenerate, but the rank of the bilinear form does not determine $r$ for all smaller values of $r$. Anyway, this particular property seems essentially unique to this $(n, k)$.

Hay una complicación adicional: La cuña rango de $k$-formulario no necesitan permanecer en el mismo en virtud de la extensión de la base de campo. Por ejemplo, si $\mathbb{F} = \mathbb{R}$, hay un $3$-forma (de hecho, en un abrir órbita de dichos formularios) cuya estabilizador en el retroceso de la acción de $GL(\mathbb{V}) \cong GL(6, \mathbb{R})$ $\Lambda^3 \mathbb{V}^*$ es exactamente $SU(3)$, y el $3$-formulario de cuña rango $4$. Cuando se ve como un elemento del complejo espacio vectorial $\mathbb{V} \otimes_{\mathbb{R}} \mathbb{C}$, sin embargo, ha de cuña rango $2$. Así, la estructura de la base de campo de $\mathbb{F}$ desempeña un (para mí) papel sutil, y muy posiblemente resulta que esta pregunta es fácil de responder con algebraicamente cerrado campos.

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Schneems Puntos 3208

Si $char(\mathbb{F})\neq 2$ $V=\mathbb{F}^n$ entonces es simple de calcular la cuña de clasificación en $\mathbb{F}^n\wedge\mathbb{F}^n$. No dependen del campo.

  • Definición: Si $w= r\wedge s\neq 0$$r,s\in \mathbb{F}^n$, entonces decimos que el $w$ ha cuña rango $1$. La cuña rango de un arbitrario $0\neq w\in \mathbb{F}^n\wedge\mathbb{F}^n$ es el mínimo número de elementos de a $\mathbb{F}^n\wedge\mathbb{F}^n$ con cuña de rango 1, que deben ser añadidos para obtener $w$.

Deje $char(\mathbb{F})\neq 2$ y considerar la posibilidad de $A_n(\mathbb{F})=\{A\in M_n(\mathbb{F}), -A=A^t\}$ y el siguiente isomorfismo $$G:\mathbb{F}^n\wedge\mathbb{F}^n\rightarrow A_n(\mathbb{F}), \ \ \ G(\sum_{i=1}^mv_i\wedge w_i)=\sum_{i=1}^m v_iw_i^t-\sum_{i=1}^m w_iv_i^t.$$

  • Thm 1: Supongamos $char(\mathbb{F})\neq 2$. La cuña rango de $w\in \mathbb{F}^n\wedge\mathbb{F}^n $ $$\min\{rank(A),\ A\in M_n(\mathbb{F}) \text{ and } A-A^t=G(w)\}.$$

  • Thm 2: Supongamos $char(\mathbb{F})\neq 2$. Deje $B\in A_n(F)$. A continuación, $$\min\{\text{rank}(A),\ A\in M_n(\mathbb{F}) \text{ and } A-A^t=B\}=\frac{rank(B)}{2}$ $

  • Corolario: Si $char(\mathbb{F})\neq 2$, la cuña rango de $w\in \mathbb{F}^n\wedge\mathbb{F}^n $$\dfrac{rank(G(w))}{2}$.

    Por lo tanto, la cuña de rango depende sólo en el rango de $G(w)$, que no depende del campo.

Prueba de Thm 1: Para cada descomposición de $w$ $\sum_{i=1}^mv_i\wedge w_i$ obtenemos una matriz de $A=\sum_{i=1}^mv_iw_i^t$ tal que $G(w)=A-A^t$$rank(A)\leq m$.

Por lo tanto, $\min\{rank(A),\ A\in M_n(\mathbb{F}) \text{ and } A-A^t=G(w)\}\leq wedge\ rank(w).$

A continuación, para cada matriz $A$ tal que $A-A^t=G(w)$, podemos escribir $A=\sum_{i=1}^mv_iw_i^t$, donde m es el rango de $A$. Por lo tanto, $w=G^{-1}(\sum_{i=1}^mv_iw_i^t-\sum_{i=1}^mw_iv_i^t)=\sum_{i=1}^mv_i\wedge w_i$.

Por lo tanto, $wedge\ rank(w)\leq \min\{rank(A),\ A\in M_n(\mathbb{F}) \text{ and } A-A^t=G(w)\}$.

Finalmente, $wedge\ rank(w)= \min\{rank(A),\ A\in M_n(\mathbb{F}) \text{ and } A-A^t=G(w)\}$. $\square$

Prueba de Thm 2: Si $char(\mathbb{F})\neq 2$, sabemos que existe una matriz invertible $P\in M_n(\mathbb{F})$ tales que $PBP^t=\left( \begin{array}{ccc} 0_{s\times s} & I_{s\times s} & 0_{s\times n-2s} \\ -I_{s\times s} & 0_{s\times s} & 0_{s\times n-2s} \\ 0_{n-2s\times s} & 0_{n-2s\times s} & 0_{n-2s \times n-2s} \end{array}\right)$, where 2s is the rank of $B$.

Ahora, observe que $\min\{\text{rank}(A),\ A\in M_n(\mathbb{F}) \text{ and } A-A^t=B\}=$ $$=\min\{\text{rank}(A),\ A\in M_n(\mathbb{F}) \text{ and } A-A^t=PBP^t\}.$$

Ahora, por cada $A\in M_n(\mathbb{F})$ tal que $A-A^t=PBP^t$, debemos tener $rank(A)\geq s$, debido a $2s=rank(PBP^t)\leq 2rank(A)$. Por lo tanto, $\min\{\text{rank}(A),\ A\in M_n(\mathbb{F}) \text{ and } A-A^t=PBP^t\}\geq s$.

Por último, $A=\left( \begin{array}{ccc} 0_{s\times s} & I_{s\times s} & 0_{s\times n-2s} \\ 0_{s\times s} & 0_{s\times s} & 0_{s\times n-2s} \\ 0_{n-2s\times s} & 0_{n-2s\times s} & 0_{n-2s \times n-2s} \end{array}\right)$ satisfy $a-a^t=PBP^t$ and $$ has rank $s$. Therefore, $\min\{\text{rango}(A),\ A\en M_n(\mathbb{F}) \text{ y } a-a^t=PBP^t\}\leq s$, which implies $\min\{\text{rango}(A),\ A\en M_n(\mathbb{F}) \text{ y } a-a^t=PBP^t\}=s=\dfrac{rango(B)}{2}$ $\cuadrado$

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