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Teorema de Cayley-Hamilton - rastro de energía Exterior forma

Deje $V$ $n$- dimensional espacio vectorial sobre un campo $F$ (la característica de que, para el propósito de este post, puede ser tomado como $0$). Deje $T$ ser un operador lineal en $V$$\lambda\in F$.

Hace algún tiempo, en algún lugar (no recuerdo donde) que he leído que

La leche de fórmula. $\det(T-\lambda I)= \sum_{k=0}^n (-1)^k \text{trace}(\Lambda^k T)\lambda^{n-k}$

Me consideran un caso especial de la prueba mediante la toma de $n=3$. Y aquí es lo que tengo:

Deje $\{e_1, e_2, e_3\}$ forma una base para $V$. Entonces $$\det(T-\lambda I)(e_1\wedge e_2\wedge e_3)=(Te_1-\lambda e_1)\wedge (Te_2-\lambda e_2)\wedge (Te_3- \lambda e_3)$$

donde la expansión de la RHS tenemos

$$(\det T)(e_1\wedge e_2\wedge e_3) - \lambda(Te_2\wedge Te_2 \wedge e_3+ Te_1\wedge e_2\wedge Te_3 + e_1\wedge Te_2\wedge Te_3)+\lambda^2(Te_1\wedge e_2\wedge e_3+ e_1\wedge Te_2\wedge e_3+e_1\wedge e_2 \wedge Te_3) - \lambda^3(e_1\wedge e_2\wedge e_3)$$

Desde $\det T=\text{trace}(\Lambda^3 T)$, el coeficiente de $\lambda^0$ coincide con que en la fórmula. También, el coeficiente de $\lambda^2$ es sólo $\text{trace}(T)$, por definición, por lo que este también está bien.

El Problema. Lo que yo no soy capaz de ver es cómo el coeficiente de $\lambda$ eaul a $\text{trace}(\Lambda^2T)$.

Puede alguien por favor ayuda. Gracias.

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user32262 Puntos 2147

Vamos a escribir $Te_i = \sum_j a^j_i e_j$. Para $1 \leq i < j \leq n$, tenemos

$$ (\Lambda^2(T))(e_i \wedge e_j) = Te_i \wedge Te_j = \left( \sum_{k_1} a_i^{k_1} e_{k_1} \right) \wedge \left( \sum_{k_2} a_j^{k_2} e_{k_2} \right) = (a_i^i a_j^j - a_i^j a_j^i) (e_i \wedge e_j) + \cdots $$

donde el $\cdots$ no implican $e_i \wedge e_j$ (como el coeficiente de $e_i \wedge e_j$ $i < j$ proviene de $k_1 = i, k_2 = j$ o $k_1 = j, k_2 = i$). Por lo tanto,

$$ \mathrm{tr}(\Lambda^2T) = \sum_{i < j} (a_i^i a_j^j - a_i^j a_j^i). $$

En su caso, argumentos similares muestran que

$$ Te_1 \wedge Te_2 \wedge e_3 = \left( \sum_{k_1} a_1^{k_1} e_{k_1} \right) \wedge \left( \sum_{k_2} a_2^{k_2} e_{k_2} \right) \wedge e_3 = (a_1^1 a_2^2 - a_1^2 a_2^1) (e_1 \wedge e_2 \wedge e_3), \\ Te_1 \wedge e_2 \wedge Te_3 = \left( \sum_{k_1} a_1^{k_1} e_{k_1} \right) \wedge e_2 \wedge \left( \sum_{k_2} a_3^{k_2} e_{k_2} \right) = (a_1^1 a_3^3 - a_1^3 a_3^1) (e_1 \wedge e_2 \wedge e_3), \\ e_1 \wedge Te_2 \wedge Te_3 = e_1 \wedge \left( \sum_{k_1} a_2^{k_1} e_{k_1} \right) \wedge \left( \sum_{k_2} a_3^{k_2} e_{k_2} \right) = (a_2^2 a_3^3 - a_2^3 a_3^2) (e_1 \wedge e_2 \wedge e_3), $$

y de hecho

$$ \mathrm{trace}(\Lambda^2 T)(e_1 \wedge e_2 \wedge e_3) = Te_1 \wedge Te_2 \wedge e_3 + Te_1 \wedge e_2 \wedge Te_3 + e_1 \wedge Te_2 \wedge Te_3. $$

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