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Demostrando que los coeficientes del polinomio característico son las huellas de los poderes exterior

Deje $T$ ser un endomorfismo de un finito-dimensional espacio vectorial $V$. Vamos $$f(x)=x^n+c_1x^{n-1}+ \dots + c_n$$ be the characteristic polynomial of $T$. It is well known that $c_m=(-1)^m\text{tr}(\bigwedge^mT)$.

Si la base es de campo $\mathbf{C}$, entonces podemos demostrar que el uso de una densidad de argumento. La afirmación es verdadera para diagonalizable matrices, que son densos en $M_n(\mathbf{C})$. Este hecho lo suficiente para demostrar lo general, pero no me parece muy esclarecedor. Me gustaría ver un resumen de la prueba de este resultado.

Gracias!

9voto

Mike Cole Puntos 173

$\newcommand{\tr}{\operatorname{tr}}$

En primer lugar, vamos a dar una descripción alternativa de $\tr {\bigwedge}^m T$.

Deje $e_1,e_2,\dots,e_n$ ser un fijo de base para $V$, y para$J \subset \{1,2,\dots,n\}$$|J| = m$, vamos a $T_J$ el valor del $m \times m$ matriz adquirida por mantener las entradas $T_{i,j}$$i,j \in J$. Alternativamente, si $P_J$ es la proyección en $\operatorname{span} \{e_i\}_{i \in J}$$T_J = P_J T P_J$. Mi reclamo es que: $$\tr {\bigwedge}^m T = \sum_J \det T_J$$ where the sum runs over all $J$ with $|J| = m$. More precisely, if $e_J := \bigwedge_{i \J} e_i$ (in any order, but fixed once and for all), then ${\bigwedge}^m T e_J = \det T_J e_J + \sum_{I \neq J} \alpha_I e_I$. Esto puede ser demostrado por la fuerza bruta de la aplicación de la definición de potencia exterior y el determinante (el que suma más de permutaciones). Otra posibilidad es decir que: $$ {\bigwedge}^m P_J {\bigwedge}^m T e_J = {\bigwedge}^m P_J {\bigwedge}^m T {\bigwedge}^m P_J e_J = {\bigwedge}^m T_J e_J = \det T_J e_J $$ donde la última igualdad se mantiene debido a $m$ es la dimensión del espacio en el que $T_J$ actos (Wiki, listas de esta propiedad como una de las posibles definiciones de $\det$).

Ahora, debido a $\tr {\bigwedge}^m T$ es, por definición, la suma de coeffs en $e_J$ ${\bigwedge}^m T e_J$ (tenga en cuenta que $e_J$ formulario de la base), resulta que la fórmula con la suma de las obras.

Por lo tanto, queda por ver que $c_m = (-1)^m \sum_J \det T_J$. Esto se puede hacer mirando cómo el polinomio característico se calcula a partir de la definición, el uso de la forma de la matriz de $T$. Creo que este es conocido, y ha sido preguntado sobre el MSE (a excepción de la señal de diferencia). La esencia de la prueba que sé es que para conseguir $(-x)^{n-m}$$\det(T - xI)$, usted tiene que elegir el plazo $-x$ $n-m$ lugares, y de lo que queda de obtener el coeficiente de $\det T_J$ donde $J$ es el conjunto de índices, que no tome la $-x$.

3voto

Silver Gun Puntos 25

Sé que esta pregunta es bastante antiguo, pero todavía me estaba haciendo la misma pregunta recientemente, así que yo estaba tratando de encontrar la solución, encontrar a esta pregunta (y Feanor la respuesta) no estaba totalmente esclarecedor, aunque fue útil. Me tomé el tiempo de escribir mi solución, por lo tanto pensé que debería añadir aquí.

Hay una pequeña introducción al álgebra exterior, porque admito que no estaba totalmente familiarizado con lo mismo y tuve que leer de nuevo a través de mis notas. Supongo que no, que cada lector estará familiarizado con él, así que pensé que era una buena idea. Es en mi academia.edu la página, que voy enlace aquí.

https://www.academia.edu/5901122/On_The_Characteristic_Polynomial

Nota : la pregunta sugiere que se sostiene sólo por endomorphisms de finito dimensionales espacios vectoriales, pero en realidad funciona para cualquier endomorfismo de $R^n$ donde $R$ es un conmutativa unital anillo. Realmente no hay nada especial acerca de la $\mathbb C$ en la declaración.

Espero que ayude,

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