2 votos

Es $\left( {{\partial ^2 f}\over{\partial t\,\partial s}}\right)\bigg|_{t = s = 0} = ab - ba?$

Esto es una continuación de mi pregunta anterior aquí .

Dejemos que $a, b \in M_n(\mathbb{R})$ . Considere la función $$f: \mathbb{R}^2 \to M_n(\mathbb{R}), \text{ }(t, s) \mapsto e^{t \cdot a} e^{s \cdot b} e^{-t \cdot a} e^{-s \cdot b}.$$ En mi pregunta anterior, pedía una forma de ver que dicha función es infinitamente diferenciable.

¿Puede alguien aportar una prueba rigurosa del hecho de que $$\left( {{\partial ^2 f}\over{\partial t\,\partial s}}\right)\bigg|_{t = s = 0} = ab - ba?$$ Todas las pruebas que he intentado aportar me parecen poco rigurosas...

3voto

Mike Haskel Puntos 2465

En primer lugar, hay que tener en cuenta que hacer tienen la regla del producto habitual $(fg)' = f'g + fg'$ para tomar derivadas (parciales) cuando los productos no conmutan. No voy a entrar en detalles, pero la misma prueba que funciona para las funciones $\mathbb{R} \to \mathbb{R}$ pasa. Extendiendo a los productos de varios plazos, obtenemos: \begin {align*} (fghr)' &= f'(ghr) + f(ghr)' \\ &= f'ghr + fg'hr + fg(hr)' \\ &= f'ghr + fg'hr + fgh'r + fghr'. \end {align*} Además, la regla $(e^{ta})' = ae^{ta}$ se aplica: la prueba habitual utilizando una expansión en serie funciona. Puedes demostrar cualquiera de estos hechos tú mismo, utilizando las pruebas que se encuentran en cualquier libro de cálculo avanzado como plantilla si no recuerdas cómo van.

Junte nuestras reglas (mencionadas explícitamente arriba) para encontrar \begin {align*} \frac { \partial f}{ \partial s} &= e^{ta}be^{sb}e^{-ta}e^{-sb} \\ &- e^{ta}e^{sb}e^{-ta}be^{-sb}. \end {align*} Diferenciando de nuevo (y teniendo cuidado con los signos), obtenemos: \begin {align*} \frac { \partial ^2 f}{ \partial t \partial s} &= ae^{ta}be^{sb}e^{-ta}e^{-sb} \\ &- e^{ta}be^{sb}ae^{-ta}e^{-sb} \\ &- ae^{ta}e^{sb}e^{-ta}be^{-sb} \\ &+ e^{ta}e^{sb}ae^{-ta}be^{-sb}. \end {align*} Cuando sustituimos $s,t = 0$ todos los exponenciales se convierten en 1, por lo que obtenemos $$ ab - ba - ab + ab, $$ que se simplifica a $$ ab - ba $$ como se desee.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X