■もうひとつのアダマール行列

 +1,−1を成分とする直交行列(アダマール行列とよばれる)は,FFT(高速フーリエ変換)の基本原理とも関係しているのであるが,全く無関係に見える幾何学的意味合いをもっています.

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【1】アダマール行列

 アダマール行列Hnは+1か−1の要素をもつn×n行列で,その行と列は互いに直交している.各行または列のノルム(各要素の2乗和)はnであるから,

  HnHn’=Hn’Hn=nIn

が成り立つ.

  det|nIn|=n^n

より

  det|Hn|=n^n/2

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【2】アダマールの定理

 もっと一般に,各成分が1か−1のn×n行列の行列式はn^n/2以下である.

 アダマールの定理の証明は,行列式の幾何学的意味を理解すれば簡単である.行列式の絶対値は,n個のそれぞれの長さ√nの行ベクトルが作るn次元平行六面体の体積だから,その値は(√n)^n=n^n/2以下である.等号はベクトル同士が全部直交するときに限る.

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【3】もうひとつのアダマール行列

 0,+1を成分とする行列で,2つの異なる行または列を取ってくると,成分の半分は一致し,鋸路半分が違っている行列もアダマール行列とよばれる.

 アダマールはこのような行列が存在するのはnが2または4の倍数の場合だけであることを証明した.1933年,ベイリーはnが4の倍数で,かつ,pを奇素数として,n=2^a(p^b+1)であれば,アダマール行列は必ず存在することを証明した.

 ベイリーの定理から外れる4の倍数は,92,116,156,172,184,188,232,236,260,268などである.

 アダマール行列予想とは,nが4の倍数であればアダマール行列は必ず存在するというものである.現在発見されていない最小のアダマール行列はn=668である.

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