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Demostrar que la inversa de una matriz simpléctica también es simpléctica

A matriz simpléctica es un $2n \times 2n$ matriz $M$ que cumpla la condición

$$ M^\mathsf{T} \Omega M = \Omega \tag{1} $$

donde la matriz $\Omega$ suele elegirse como matriz de bloques

$$ \Omega = \begin{bmatrix} 0 & I_n \\ -I_n & 0 \end{bmatrix} $$

que satisface $\Omega^{-1} = \Omega^\mathsf{T} = -\Omega$ . La inversa de $M$ existe, y se halla a partir de la Ec. (1) como

$$ M^{-1} = \Omega^{-1} M^\mathsf{T} \Omega = -\Omega M^\mathsf{T} \Omega \tag{2} $$

Sin embargo, tengo problemas para demostrar que $M^{-1}$ también es simpléctica, es decir, también satisface la propiedad definitoria Ec. (1):

$$ (M^{-1})^\mathsf{T} \Omega M^{-1} = \Omega \tag{3} $$

  • Ruta 1: Multiplicar la Ec. (1) de la derecha por $M^{-1}$ y a la izquierda por $(M^\mathsf{T})^{-1} = (M^{-1})^\mathsf{T}$ puedo producir la Ec. (3)

    $$ \Omega = (M^{-1})^\mathsf{T} \Omega M^{-1} $$

  • Ruta 2: Tomando la inversa de la Ec. (1), obtengo

    $$ \begin{align*} M^{-1} \Omega^{-1} (M^\mathsf{T})^{-1} &= \Omega^{-1} \\ \Rightarrow \quad M^{-1} \Omega (M^{-1})^\mathsf{T} &= \Omega \end{align*} $$

    que no parece conducir a la Ec. (3).

Pregunta : ¿Cómo puedo llegar a la Ec. (3) utilizando la ruta 2? Alternativamente, ¿pueden las matrices simplécticas ser equivalentemente definida mediante la siguiente condición

$$ M \Omega M^\mathsf{T} = \Omega \quad ? \tag{4} $$

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Java D Puntos 108

$M$ es invertible porque $\det(M^T)\det(\Omega)\det(M)=\det(\Omega)\implies\det(M^T)\det(M)=1$ desde $\det(\Omega)=\pm 1$ .

Ahora, $\Omega$ también es invertible. Así, tomando inversas de la Ec. (1) se obtiene,

$(M^T\Omega M)^{-1}=\Omega^{-1}$ .

$M^{-1}\Omega^{-1}(M^T)^{-1}=\Omega^{-1}$ .

Desde $\Omega^{-1}=-\Omega$ y $(M^T)^{-1}=(M^{-1})^T$ obtenemos

$(M^{-1})\Omega (M^{-1})^T=\Omega$ .

Ahora premultiplica por $M$ y postmultiplicar por $M^T$ .

$\Omega=M\Omega M^T$ .

Así que $M^T$ es simpléctica. Pero $(M^{-1})\Omega (M^{-1})^T=\Omega$ muestra que $(M^{-1})^T$ es simpléctica. Por lo tanto, $M^{-1}$ también es simpléctica ya que su matríz sigue siendo simpléctica después de tomar tranposes.

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