6 votos

4 números dimensionales

He ensenado usando split complejo y números complejos juntos para la construcción de un 3 dimensiones del espacio (en relación a mi pregunta anterior). Luego me enteré de usar los dos juntos, podemos tener problemas en el producto $ij$. Así que añadiendo otra dimensión, he definido $$k=\begin{pmatrix} 1 & 0\\ 0 & -1 \end{pmatrix}$$ con la propiedad $k^2=1$. Así que los números de la forma $a+bi+cj+dk$ donde ${{a,b,c,d}} \in \Bbb R^4$, $i$ es la unidad imaginaria, $j$ es el elementry unidad de división de números complejos y k el número definido anteriormente, puede ser representado en un 4 dimensinal espacio. Sé que estos números parecen los Cuaterniones. No lo están! Hasta el momento, me salió con las tablas de multiplicar a continuación : $$\begin{array}{|l |l l l|}\hline & i&j&k \\ \hline i&-1&k&j \\ j& -k&1&i \\ k& -j&-i&1 \\ \hline \end{array}$$

Podemos notar que la conmutatividad ya no existe con estos números como los Cuaterniones. Cuando me mostraron este trabajo a mi profesor de matemáticas dijo que básicamente estos :

  1. No es coherente mediante el uso de números con diferentes propiedades como elemento básico, ya que $i^2=-1$, mientras que de $j^2=k^2=1$
  2. Matrices de 2x2 no representan nada en un espacio de dimensión 4

Puede alguien lo explica estas 2 cosas para mí. Lo que es incoherente aquí?

11voto

rschwieb Puntos 60669

Felicitaciones: la tabla de multiplicar por la base de los elementos que se han establecido indicar que descubrió de forma independiente el álgebra de Clifford de un espacio vectorial de dos dimensiones con la métrica de la firma de $(1,-1)$, también se denota como $C\ell_{1,1}(\Bbb R)$!

Esta álgebra es isomorfo al anillo completo de $2\times 2 $ real de las matrices de $M_2(\Bbb R)$ como un álgebra. Así, es completamente coherente.

El quatnerions, dividir números complejos, y esta estructura se está describiendo están unidos por el álgebra de Clifford perspectiva:

$$ \begin{bmatrix}C\ell_{0,0}(\Bbb R)&&|&&\Bbb R\\ C\ell_{0,1}(\Bbb R)&&|&&\Bbb C\\ C\ell_{0,2}(\Bbb R)&&|&&\Bbb H\\ C\ell_{1,0}(\Bbb R)&&|&& \text{split complex numbers}\cong \Bbb R\times\Bbb R\\ C\ell_{1,1}(\Bbb R)&&|&& \text{your algebra}\cong M_2(\Bbb R)\end{bmatrix} $$

Si usted encuentra esta incomprensible en el momento, entonces estoy totalmente de entender. Yo sólo comenzó a aprender sobre álgebras de Clifford hace aproximadamente un año. Ni siquiera sé si tiene cualquier álgebra abstracta de formación.

Sólo quiero asegurarle a usted que lo que aquí se describe es perfectamente sensato en el anillo de la teoría. Parece que el profesor despedido, pero que puede ser comprensible: los maestros a menudo se ve un montón de ideas por parte de los estudiantes del plano de la caída!

En cualquier caso, las dos objeciones que se incluyen en la OP son bastante vagas.


Para encontrar una explícita isomorfismo con $M_2(\Bbb R)$, puede utilizar esta asignación: $$ 1\mapsto \begin{bmatrix}1&0\\0&1\end{bmatrix}\ \ i\mapsto \begin{bmatrix}0&-1\\1&0\end{bmatrix}\\ j\mapsto\begin{bmatrix}0&1\\1&0 \end{bmatrix}\ \ k=ij\mapsto \begin{bmatrix}-1&0\\0&1\end{bmatrix}\ \ $$

Estas cuatro matrices son claramente una base de $M_2(\Bbb R)$ y adaptarse a su mesa.

8voto

rck Puntos 121

rschwieb ya le dio el alto poder de respuesta. Aquí permítanme darles la baja potencia de la versión de lo que él escribió.

Considere la posibilidad de la colección de $2\times 2$ matrices con entradas real. Podemos escribir cada matriz como $$ \begin{pmatrix} A & B \\ C & D \end{pmatrix} $$ y si nos re-organizar la presentación, puede ser identificado con un elemento de $\mathbb{R}^4$ $$ \begin{pmatrix} A \\ B \\ C \\ D\end{pmatrix} $$ Por escritura como una matriz, se permiten a sí mismos para hacer de "multiplicación" por la multiplicación de la matriz.

Ahora, podemos escribir $$ \begin{pmatrix} A & B \\ C & D \end{pmatrix} = A \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 0\end{pmatrix} + B \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0\end{pmatrix} + C \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 1 & 0\end{pmatrix} + D \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 1\end{pmatrix} $$ que, si sabes un poco de álgebra lineal, es la simple expresión de la $2\times 2$ de la matriz en una base.

Como resulta que, lo que has hecho es básicamente la elección de una base diferente para la $2\times 2$ matrices. Usted eligió

$$ \mathbf{1} = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1\end{pmatrix} \quad \mathbf{i} = \begin{pmatrix} 0 & -1 \\ 1 & 0\end{pmatrix} $$ y $$ \mathbf{j} = \begin{pmatrix} 0 & -1 \\ -1 & 0\end{pmatrix} \quad \mathbf{k} = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & -1\end{pmatrix} $$

Podemos resolver el "estándar" $\begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 0\end{pmatrix}$ etc. en términos de esta nueva base. Enchufarlo a la expresión, a continuación, hemos

$$ \begin{pmatrix} A & B \\ C & D\end{pmatrix} = \frac{A}{2} (\mathbf{1} + \mathbf{k}) + \frac{B}{2} (-\mathbf{i} - \mathbf{j}) + \frac{C}{2} (\mathbf{i} - \mathbf{j}) + \frac{D}{2} (\mathbf{1} - \mathbf{k}) $$

Esta identificación puede ser revertido (ejercicio para usted!). Pero, en cualquier caso, su identificación de $a\mathbf{1} + b\mathbf{i} + c\mathbf{j} + d\mathbf{k}$ $\mathbb{R}^4$ vector de $(a,b,c,d)$ corresponde entonces, a la identificación de la matriz $\begin{pmatrix} A & B \\ C & D\end{pmatrix}$ con el elemento $$\begin{pmatrix} \frac12 (A + D) \\ \frac12 (C - B) \\ -\frac12 (B+C) \\ \frac12 (A-D) \end{pmatrix}$$ que puede ser realizado como la transformación lineal de $\mathbb{R}^4$ que puede ser realizado por una multiplicación de la matriz $$ \begin{pmatrix} A \\ B \\ C \\ D\end{pmatrix} \mapsto \begin{pmatrix} \tfrac12 & 0 & 0 &\tfrac12 \\ 0 & -\tfrac12 & \tfrac12 & 0 \\ 0 & -\tfrac12 & \tfrac12 & 0 \\ \tfrac12 & 0 & 0 & -\tfrac12 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} A \\ B \\ C \\ D\end{pmatrix}$$


¿Cuál es la lección detrás de todo esto? Dado cualquiera de los cuatro números reales, por supuesto, usted puede identificar con un elemento de $\mathbb{R}^4$. La pregunta real comienza cuando se le pregunte "¿cómo es esta identificación significativa"? La primera cosa que usted puede hacer es probar un poco de álgebra lineal como he descrito. Pero las cosas se vuelven reales emocionante cuando usted comenzar con la conexión del álgebra a la geometría, y es donde el poder de la Álgebra de Clifford que rschwieb mencionado realmente brilla.

Por el momento, si no se puede absorber por completo el resumen tonterías en las definiciones de álgebras de Clifford, puede ser muy útil para establecer su meta un poco más baja y sólo piensan en álgebra geométrica. (Lamentablemente, el enlace de Wikipedia no es la mejor manera de aprender acerca de esto, lea esto primero, y si usted está interesado, tal vez de seguir un libro de texto como este.)

2voto

Dennis Puntos 9534

Se pueden construir números generados por tal $\mathbf{i},\mathbf{j},\mathbf{k}$, no veo ninguna incoherencia. Forman una bajoálgebra de complejo $2\times2$ matrices, en el que se jugará el papel de $\mathbf{i},\mathbf{j},\mathbf{k}$ por $ \mathbf{i}=\left (\begin{array}{cc} 0 & i \\ i & 0\end{matriz} \right), \qquad \mathbf{j}=\left(\begin{array}{cc} 0 & -i \\ i & 0\end{array}\right), \qquad \mathbf{k}=\left(\begin{array}{cc} 1 & 0 \\ 0 & -1\end{array}\right). $$ es un subespacio cuadridimensional de ocho dimensiones (más $\mathbb{R}$) espacio de matrices complejas de todos $2\times2$.

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