0
大学数学基礎解説
文献あり

Kronecker積のディターミナント

72
0
$$\newcommand{cl}[0]{\operatorname{Cl}} \newcommand{d}[1]{\mathrm{d}{#1}} \newcommand{diam}[1]{\mathrm{diam}\left({#1}\right)} \newcommand{dist}[2]{\mathrm{dist}\left({#1},{#2}\right)} \newcommand{gen}[1]{\qty\langle#1\rangle} \newcommand{id}[0]{\mathrm{id}} \newcommand{incl}[2]{\mathrm{id}_{#1}^{#2}} \newcommand{Int}[0]{\operatorname{Int}} \newcommand{Ker}[0]{\operatorname{Ker}} \newcommand{sgn}[0]{\operatorname{sgn}} \newcommand{supp}[1]{\mathrm{supp}(#1)} \newcommand{T}[0]{\mathsf{T}} \newcommand{transpose}[0]{\mathsf{T}} $$

$A=[a_{ij}] \in \mathrm{M}_{n}(\mathbb{K}),\,B=[b_{k\ell}] \in \mathrm{M}_{m}(\mathbb{K})$とし,$A,B$から定まる線型変換をそれぞれ$t_{A},t_{B}$とする:
$$ t_{A} \colon \mathbb{K}^{n} \to \mathbb{K}^{n},\ t_{B} \colon \mathbb{K}^{m} \to \mathbb{K}^{m}.$$

$$ t_{A}\otimes t_{B} = (t_{A} \otimes \id_{\mathbb{K}^{m}})\circ(\id_{\mathbb{K}^{n}}\otimes t_{B}).$$

右辺を$t$とおくと,基底$(e_{i} \otimes f_{k})_{(i,k)}$の像について
$$ t(e_{i}\otimes f_{k}) = (t_{A}\otimes\id_{\mathbb{K}^{m}})(e_{i}\otimes(t_{B}f_{k})) = (t_{A}e_{i})\otimes(t_{B}f_{k}) = (t_{A}\otimes t_{B})(e_{i}\otimes f_{k})$$
が成り立つので,結論を得る.

基底ベクトル$e_{i} \otimes f_{k}$を逆辞書式順序で並べたとき,$t_{A} \otimes \id_{\mathbb{K}^{m}}$の表現行列について
$$ \left[t_{A}\otimes \id_{\mathbb{K}^{m}}: \frac{(e_{1}\otimes f_{1},\ldots,e_{n}\otimes f_{1};\ldots;e_{1} \otimes f_{m},\ldots,e_{n} \otimes f_{m})}{(e_{1}\otimes f_{1},\ldots,e_{n}\otimes f_{1};\ldots;e_{1} \otimes f_{m},\ldots,e_{n} \otimes f_{m})}\right] = \underbrace{A \oplus\cdots\oplus A}_{m}$$
が成り立つ.

$\ell \in \{1,\ldots,m\}$に対して,
$$ (t_{A}\otimes\id_{\mathbb{K}^{m}})(e_{j}\otimes f_{\ell}) = (t_{A}e_{j})\otimes(\id_{\mathbb{K}^{m}}f_{\ell}) = \left(\sum_{i=1}^{n}e_{i}a_{ij}\right)\otimes f_{\ell} = \sum_{i=1}^{n} (e_{i}\otimes f_{\ell})a_{ij}$$
より
$$ \begin{bmatrix} (t_{A}\otimes\id_{\mathbb{K}^{m}})(e_{1}\otimes f_{\ell}) & \cdots & (t_{A}\otimes\id_{\mathbb{K}^{m}})(e_{n} \otimes f_{\ell}) \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} e_{1}\otimes f_{\ell} & \cdots & e_{n} \otimes f_{\ell} \end{bmatrix}A $$
が成り立つので,結論を得る.

基底ベクトル$e_{i} \otimes f_{k}$を辞書式順序で並べたとき,$\id_{\mathbb{K}^{n}}\otimes t_{B}$の表現行列について
$$ \left[\id_{\mathbb{K}^{n}}\otimes t_{B}: \frac{(e_{1} \otimes f_{1},\ldots,e_{1} \otimes f_{m};\ldots;e_{n} \otimes f_{1},\ldots,e_{n} \otimes f_{m})}{(e_{1} \otimes f_{1},\ldots,e_{1} \otimes f_{m};\ldots;e_{n} \otimes f_{1},\ldots,e_{n} \otimes f_{m})}\right] = \underbrace{B \oplus\cdots\oplus B}_{n}$$
が成り立つ.

$j\in\{1,\ldots,n\}$に対して,
$$ (\id_{\mathbb{K}^{n}}\otimes t_{B})(e_{j} \otimes f_{\ell}) = (\id_{\mathbb{K}^{n}}e_{j}) \otimes (t_{B}f_{\ell}) = e_{j} \otimes \left(\sum_{k=1}^{m} f_{k} b_{k\ell}\right) = \sum_{k=1}^{m} (e_{j} \otimes f_{k})b_{k\ell}$$
より
$$ \begin{bmatrix} (\id_{\mathbb{K}^{n}}\otimes t_{B})(e_{j} \otimes f_{1}) & \cdots & (\id_{\mathbb{K}^{n}}\otimes t_{B})(e_{j}\otimes f_{m}) \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} e_{j}\otimes f_{1} & \cdots & e_{j} \otimes f_{m} \end{bmatrix}B$$
が成り立つので,結論を得る.

(cf. satake p.207, 問3)

$$ \det(A \otimes B) = (\det{A})^{m}(\det{B})^{n}.$$

$t_{A} \otimes t_{B}$の表現行列として$A \otimes B$を定義していたので,上の補題群より
$$ \det(A \otimes B) = \det(t_{A} \otimes t_{B}) = \det(t_{A}\otimes\id_{\mathbb{K}^{m}}) \det(\id_{\mathbb{K}^{n}}\otimes t_{B}) = (\det{A})^{m}(\det{B})^{n}$$
を得る.

参考文献

[1]
佐武一郎, 『線型代数学』, 裳華房
投稿日:101
更新日:103
OptHub AI Competition

この記事を高評価した人

高評価したユーザはいません

この記事に送られたバッジ

バッジはありません。

投稿者

うすい
89
19935
学んだことをまとめています.

コメント

他の人のコメント

コメントはありません。
読み込み中...
読み込み中