■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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