Jump to content

Личность Лагранжа

В алгебре : тождество Лагранжа , названное в честь Жозефа Луи Лагранжа , выглядит так [ 1 ] [ 2 ] которое применяется к любым двум наборам { a 1 , a 2 , ..., a n } и { b 1 , b 2 , ..., b n } действительных или комплексных чисел (или, в более общем смысле, элементов коммутативного кольца ). Это тождество является обобщением тождества Брахмагупты-Фибоначчи и специальной формой тождества Бине-Коши .

В более компактной векторной записи тождество Лагранжа выражается как: [ 3 ] где a и b n -мерные векторы, компоненты которых являются действительными числами. Расширение до комплексных чисел требует интерпретации скалярного произведения как скалярного произведения или эрмитова скалярного произведения. Явно для комплексных чисел тождество Лагранжа можно записать в виде: [ 4 ] включая абсолютное значение . [ 5 ] [ 6 ]

Поскольку правая часть тождества явно неотрицательна, из нее следует неравенство Коши в конечномерном вещественном координатном пространстве R н и его комплексный аналог C н .

Геометрически тождество утверждает, что квадрат объема параллелепипеда, натянутого на набор векторов, является определителем Грама векторов.

Тождество Лагранжа и внешняя алгебра

[ редактировать ]

В терминах клинового произведения тождество Лагранжа можно записать

Следовательно, ее можно рассматривать как формулу, которая дает длину клинового произведения двух векторов, которая представляет собой площадь определяемого ими параллелограмма, в терминах скалярного произведения двух векторов, как

Тождество Лагранжа и векторное исчисление

[ редактировать ]

В трех измерениях тождество Лагранжа утверждает, что если a и b являются векторами из R 3 с длиной | а | и | b |, то тождество Лагранжа можно записать через векторное произведение и скалярное произведение : [ 7 ] [ 8 ]

Используя определение угла, основанное на скалярном произведении (см. также неравенство Коши – Шварца ), левая часть равна где θ — угол, образованный векторами a и b . Площадь параллелограмма со сторонами | а | и | б | а угол θ , как известно в элементарной геометрии, равен поэтому левая часть тождества Лагранжа представляет собой квадрат площади параллелограмма. Перекрестное произведение, появляющееся в правой части, определяется выражением который представляет собой вектор, компоненты которого равны по величине площадям проекций параллелограмма на плоскости yz , zx и xy соответственно.

Семь измерений

[ редактировать ]

Для a и b как векторов в R 7 тождество Лагранжа принимает тот же вид, что и в случае R 3 [ 9 ]

Однако векторное произведение в 7 измерениях не обладает всеми свойствами векторного произведения в 3 измерениях. Например, направление a × b в 7-мерном измерении может быть таким же, как направление c × d, хотя c и d линейно независимы от a и b . Кроме того, семимерное векторное произведение несовместимо с тождеством Якоби . [ 9 ]

Кватернионы

[ редактировать ]

Кватернион и p определяется как сумма скаляра t вектора v :

Произведение двух кватернионов p = t + v и q = s + w определяется формулой

Кватернионное сопряжение q определяется формулой и норма в квадрате равна

Мультипликативность нормы в алгебре кватернионов обеспечивает для кватернионов p и q : [ 10 ]

Кватернионы p и q называются мнимыми, если их скалярная часть равна нулю; эквивалентно, если

Тождество Лагранжа — это не что иное, как мультипликативность нормы мнимых кватернионов, поскольку по определению

Доказательство алгебраической формы

[ редактировать ]

Векторная форма следует из тождества Бине-Коши, если установить c i = a i и d i = b i . Вторая версия следует за тем, что c i и d i обозначают комплексно-сопряженные числа a i и b i соответственно ,

Вот и прямое доказательство. [ 11 ] Разложение первого члена в левую часть равно:

( 1 )

что означает, что произведение столбца a s и строки b s дает (сумму элементов) квадрат ab s , который можно разбить на диагональ и пару треугольников по обе стороны от диагонали. .

Второй член в левой части тождества Лагранжа можно расширить как:

( 2 )

это означает, что симметричный квадрат можно разбить на диагональ и пару равных треугольников по обе стороны от диагонали.

Чтобы развернуть суммирование в правой части тождества Лагранжа, сначала разверните квадрат внутри суммирования:

Распределим суммирование в правой части,

Теперь поменяйте индексы i и j второго члена в правой части и переставьте множители b третьего члена, получив:

( 3 )

Вернемся к левой части тождества Лагранжа: оно состоит из двух членов, заданных в расширенной форме уравнениями ( 1 ) и ( 2 ). Первый член в правой части уравнения ( 2 ) в конечном итоге отменяет первый член в правой части уравнения ( 1 ), что дает

( 1 ) ( 2 )

что совпадает с уравнением ( 3 ), поэтому тождество Лагранжа действительно является тождеством, КЭД

Доказательство тождества Лагранжа для комплексных чисел.

[ редактировать ]

Нормированные алгебры с делением требуют, чтобы норма произведения была равна произведению норм. Тождество Лагранжа демонстрирует это равенство. Тождество произведения, используемое здесь в качестве отправной точки, является следствием нормы равенства произведения с произведением нормы для скаторных алгебр. Это предложение, первоначально представленное в контексте деформированной метрики Лоренца, основано на преобразовании, вытекающем из операции произведения и определения величины в гиперболической скаторной алгебре. [ 12 ] Тождество Лагранжа можно доказать разными способами. [ 4 ]

Позволять быть комплексными числами, а верхняя черта представляет собой комплексно-сопряженное число.

Идентичность продукта сводится к комплексному тождеству Лагранжа, когда рассматриваются члены четвертого порядка в разложении в ряд.

Чтобы доказать это, разверните продукт в левой части идентичности продукта с точки зрения ряд до четвертого порядка. Для этого напомним, что произведения вида можно разложить в суммах как где означает термины третьего порядка или выше в .

Два фактора в правой части также записаны в виде рядов

Произведение этого выражения до четвертого порядка равно Подстановка этих двух результатов в идентичность продукта дает

Произведение двух рядов сопряженных чисел можно выразить как ряд, включающий произведение сопряженных членов. Произведение сопряженного ряда – это таким образом

Члены последних двух серий на LHS сгруппированы как чтобы получить комплексное тождество Лагранжа:

Что касается модулей,

Тождество Лагранжа для комплексных чисел было получено простым идентичность продукта. Вывод для реалов, очевидно, еще более краток. Поскольку неравенство Коши–Шварца является частным случаем тождества Лагранжа, [ 4 ] этот доказательство — еще один способ получить неравенство CS. Члены более высокого порядка в ряду создают новые идентичности.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Эрик В. Вайсштейн (2003). CRC краткая энциклопедия математики (2-е изд.). ЦРК Пресс. ISBN  1-58488-347-2 .
  2. ^ Роберт Э. Грин ; Стивен Дж. Кранц (2006). «Упражнение 16». Теория функций одной комплексной переменной (3-е изд.). Американское математическое общество. п. 22. ISBN  0-8218-3962-4 .
  3. ^ Владимир А. Бойченко; Геннадий Алексеевич Леонов; Фолькер Райтманн (2005). Теория размерности обыкновенных дифференциальных уравнений . Vieweg+Teubner Verlag. п. 26. ISBN  3-519-00437-2 .
  4. ^ Перейти обратно: а б с Дж. Майкл Стил (2004). «Упражнение 4.4: Тождество Лагранжа для комплексных чисел» . Мастер-класс Коши-Шварца: введение в искусство математических неравенств . Издательство Кембриджского университета. стр. 68–69. ISBN  0-521-54677-Х .
  5. ^ Грин, Роберт Э.; Кранц, Стивен Г. (2002). Теория функций одной комплексной переменной . Провиденс, Род-Айленд: Американское математическое общество . п. 22, Упражнение 16. ISBN  978-0-8218-2905-9 .
  6. ^ Палка, Брюс П. (1991). Введение в теорию комплексных функций . Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag . п. 27 , Упражнение 4.22. ISBN  978-0-387-97427-9 . .
  7. ^ Говард Антон; Крис Роррес (2010). «Связь между скалярными и перекрестными произведениями» . Элементарная линейная алгебра: версия для приложений (10-е изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 162. ИСБН  978-0-470-43205-1 .
  8. ^ Пертти Лунесто (2001). Алгебры Клиффорда и спиноры (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 94. ИСБН  0-521-00551-5 .
  9. ^ Перейти обратно: а б Дверь Пертти Лунесто (2001). Алгебры Клиффорда и спиноры (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. ISBN  0-521-00551-5 . См., в частности, § 7.4. Перекрестные произведения в R. 7 , с. 96.
  10. ^ Джек Б. Койперс (2002). «§5.6 Норма» . Кватернионы и последовательности вращения: учебник для начинающих по орбитам . Издательство Принстонского университета. п. 111. ИСБН  0-691-10298-8 .
  11. См., например, Фрэнк Джонс, Университет Райса , стр. 4 в главе 7 книги, которая еще не опубликована .
  12. ^ М. Фернандес-Гуасти, Альтернативная реализация состава релятивистских скоростей , Оптика и фотоника 2011, том. 8121 Природа света: Что такое фотоны? IV, стр. 812–108–1–11. СПАЙ, 2011.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 69495b8be9091a505643add66acee221__1715649600
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/69/21/69495b8be9091a505643add66acee221.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Lagrange's identity - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)