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行列の極限と指数対数

位相の入れ方

リー群リー環(行列の指数関数が活躍する)などの文脈ではフロベニウスノルムで位相を入れることが多い。

行列とベクトルの並べ替えによる線形同型
をとり,

によってノルムを定義すると,これで等距離同型(isometry)になった。わけ。
このノルムで,

によって収束を定義する。
つまり有限次元ユークリッド空間の標準位相であるから,成分毎の収束と同値。

作用素ノルムで考えてもおk(フロベニウスと同値な位相を誘導する)

行列ノルムの性質(劣乗法性)←最大値ノルムは満たさない。フロベニウスノルム,作用素ノルム,シャッテンノルムはおk

極限の基本

公式
「群演算は連続」


連続写像

 (Y は適当な位相空間。実数体,行列空間など)
「fがAで連続」という条件は,以下の3つの条件とそれぞれ同値
 点列連続
 逆像が開写像
 逆像が閉写像
 相似写像は連続
応用(一般線形群は開集合,特殊線形群は閉集合)


 は成分の多項式なので連続
これを使って
 左辺はKの開集合
 右辺はKの閉集合
より,それぞれ det の連続性から示される。
応用(直交行列は閉集合)

 は連続(∵転置と積の合成写像)

右辺の一点集合は閉集合であるから,fの連続性によりO(n)もMat(n, R or C)の閉集合

べき乗を計算するためのテクニック

1. 三角行列の対角成分はそのままべき乗

任意の正方行列は適当な正則行列を使って,複素数の範囲で三角化可能なので,
対角成分だけの議論ならこのテクニックでどうにかなる。
2. べき零あるいは擬周期性
 高々 k まで計算するだけ
 まず k まで計算して,あとは漸化式
不等式


行列の指数関数



全域で存在

連続性

 を用いて示される。


公式
1. 
2. 
    
3. 
4. 
5. 
注意(単射でない)
 だが,逆は成り立たない!
 など。この形に限るかどうかは不明

対数関数


いつ逆写像になるか?
1. 
2. 
3.  で連続
結論
 上で単射かつ双連続
注意
 のとき,