■n次元の立方体と直角三角錐(その335)

 Hの行列式|H|は,

  |H|=hp1Δp1+hp2Δp2+・・・+hpnΔpn  (p行についての展開)

  |H|=h1qΔ1q+h2qΔ2q+・・・+hnqΔnq  (q列についての展開)

 また,行列式は全固有値の積と一致します.

  |H|=λ1λ2・・・λn(=平行多面体の体積)

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[1]対角行列の場合

  |H|=h11Δ11=h22Δ22=・・・=hnnΔnn

     =h11h22・・・hnn(=平行多面体の体積)

  Δ11=|H|/h11=h22・・・hnn(=平行多面体の面積)

  Δ11=|H|/h11=h22・・・hnn(=平行多面体の面積)

  Δ11^2=|H|^2/h11^2

  ΣΔjj^2=Σ|H|^2/hjj^2

  (ΣΔjj^2)^1/2=|H|(Σ1/hjj^2)^1/2

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[2]非対角行列の場合

  |H|=h11Δ11+h12Δ12+h13Δ13

  Δ11^2+Δ12^2+Δ13^2=?

  Δ21^2+Δ22^2+Δ23^2=?

  Δ31^2+Δ32^2+Δ33^2=?

 たとえば,

    [1,1,1]

  H=[0,1,1]

    [0,0,1]

の場合,

  |1,1|^2+|0,1|^2+|0,1|^2=1

  |0,1|  |0,1|  |0,0|

  |1,1|^2+|1,1|^2+|1,1|^2=2

  |0,1|  |0,1|  |0,0|

  |1,1|^2+|1,1|^2+|1,1|^2=2

  |1,1|  |0,1|  |0,1|

より,

     [√2,0,0]

  H’=[0,√2,0]

     [0, 0,1]

 各対角成分は法線ベクトルの大きさを示しているのであって,T’は正規化する操作をしていると考えられる.

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[1]固有値・固有ベクトル

 n次正方行列H={hij}に対して,ベクトルxと定数λが存在して,

  Hx=λx

となるとき,この定数λを固有値,ベクトルxを固有値λに対する固有ベクトルといいます.すなわち,Hをかけることが単なる定数倍になるようなうまい方向xが行列Hの固有ベクトルであり,そのときの定数λが固有値です.

 固有ベクトルとは,線形変換によって,方向が変わらないベクトルにほかなりませんし,その際の拡大・縮小率が固有値であると言い換えることもできましょう.

 単位行列をEと書いて,

  |H−λE|=0

を展開してλの次数の順に書き直すと,λについてのn次方程式(特性方程式)

  pn(−λ)^n+pn-1(−λ)^n-1+・・・+p0=0

が得られます.ただし,

  pn=1

  pn-1=h11+h22+・・・+hnn=tr(H)

  pn-r=Hの中のr次の主対角小行列式の和

  p0=|H|

 また,特性方程式のλにHを代入し,定数項は定数×Eとすることによってできる行列の多項式

  pn(−H)^n+pn-1(−H)^n-1+・・・+p0E=O

が,ゼロ行列O(全成分が0の行列)に等しくなるというのが,「ケイリー・ハミルトンの定理」です.

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