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斜交行列

数学において、斜交行列(しゃこうぎょうれつ、:シンプレクティック行列)は、2"n"×2"n" の行列 "M" (要素は、典型的には実数または複素数)であって、以下の条件を満たすものをいう。ここで、 "M" は "M" の転置を意味し、Ω はある固定された非特異な反対称行列である。Ω は、一般的には区分行列(block matrix)となる様に選ぶ。ここで、"I" は "n"×"n" 次の単位行列である。Ω の行列式は +1 であり、逆行列は Ω = −Ω で与えられる。すべての斜交行列は可逆であり、逆行列は下式で与えられる。また、2 つの斜交行列の積はまた斜交行列になる。これにより、すべての斜交行列全体の集合は、群の構造を持つ。この群には、多様体としての構造が自然に入り、それにより、この群は、斜交群(シンプレクティック群ともいう)と呼ばれる(実または複素)リー群になる。斜交群は、 "n"(2"n" + 1) 次元である。定義から直ちに、斜交行列の行列式が ±1 であることがわかる。実際は、行列式は常に +1 である。これは、パフィアン()と以下の恒等式を使うことにより確認できる。"M"Ω"M" = Ω かつ Pf(Ω) ≠ 0 だから、 det("M") = 1 を得る。Ω として標準的なものを取り、"M" はの形をした 2"n"×2"n" の行列だとする。ここに、"A"、"B"、"C"、"D" は "n"×"n" 行列である。"M" が斜交行列になる必要十分条件は、以下のすべてと同値である。"n" = 1 のときは、これらの条件は単一の条件 det("M") = 1 に単純化される。つまり、2×2 行列は、行列式が 1 のときに斜交行列となる。線形代数の公理的な構成では、行列は有限次元ベクトル空間の線形変換に対応する。公理的な構成で斜交行列に対応するのは、斜交ベクトル空間(シンプレクティックベクトル空間ともいう)の斜交変換(しゃこうへんかん、)である。簡単に言うと、斜交ベクトル空間は、非退化反対称二次形式 ω を備えた2"n" 次元のベクトル空間 "V" である。このとき、斜交変換とは、ω を保存する、つまり下式を満たす線形変換 "L" : "V" → "V" である。"V" の基底を固定すると、ω は行列 Ω により、また "L" は行列 "M" により書くことができる。"L" が斜交変換になる必要十分条件は、以下により "M" が斜交行列になることである。行列 "A" で表現される基底の取替えにより、以下が従う。"A" を適当に選ぶことによって、何時でも Ω を標準形式のどれにすることもできる。斜交行列は、ある固定された特異反対称行列 Ω に関して定義される。前節で記したように、Ω は非退化反対称二次形式の座標表現として考えることもできる。この様な任意の 2 つの行列は基底の変換により互いに異なるのは、線型代数の基本的結果である。上記の Ω 標準形と異なる最も一般的な代替は、以下の区分対角形式である。この選択肢は、前記の標準形と基底ベクトルの置換の部分だけ異なる。反対称行列の記号として、Ω の替わりに "J" を用いることがある。これは、複素構造の記号に混乱をもたらすことから、特に不幸な選択である、というのも、複素構造は Ω と同一の座標表現を持つが、極めて異なる構造を表現するからである。複素構造 "J" は、二乗すると −1 になる線形変換の座標表現であるが、Ω は、非退化反対称二次形式の座標表現である。"J" が反対称でなく、または Ω が二乗して −1 にならない基底を簡単に選ぶことができる。ベクトル空間のエルミート構造(英:hermitian structure)が与えられたとき、"J" と Ω は、下式を通じて関係する。ここに、"g" は計量である。"J" と Ω が通常、同一の座標表現を有する(全体の符号を除く)のは、計量 "g" が通常、単位行列であるという事実に基づく帰結に過ぎない。

出典:wikipedia

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