Ngày nay, tầm quan trọng của lý thuyết ma trận được biết đến rộng
rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Có thể thấy ứng dụng của lý thuyết ma
trận trong hầu hết các lĩnh vực khoa học. Trong vật lý, bao gồm quang học,
điện từ học, cơ học lượng tử, cơ học cổ điển và điện động lực học lượng tử,
chúng được sử dụng để nghiên cứu các hiện tượng vật lý, như chuyển động
của vật rắn và nghiên cứu các quỹ đạo tuần hoàn Hamilton. Trong kỹ thuật
đồ họa máy tính ma trận được sử dụng để chiếu một ảnh 3 chiều lên màn
hình 2 chiều. Trong lý thuyết xác suất và thống kê, các ma trận ngẫu nhiên
được sử dụng để miêu tả tập hợp. Lý thuyết ma trận giúp tìm nghiệm của
các hệ phương trình tuyến tính. Trong giải tích số ma trận được dùng để
phát triển các thuật toán hữu hiệu cho các tính toán ma trận, phương pháp
khai triển ma trận làm đơn giản hóa các tính toán cả về mặt lý thuyết lẫn
thực hành. Những thuật toán dựa trên những cấu trúc của các ma trận đặc
biệt, như ma trận sparse và ma trận chéo, giúp giải quyết những bài toán
phức tạp và những tính toán khác. Phép tính ma trận tổng quát hóa các
khái niệm trong giải tích như đạo hàm và hàm mũ đối với số chiều lớn hơn.
Đặc biệt, giải tích ma trận trở thành một chủ đề độc lập trong toán học bởi
một số lượng lớn các ứng dụng của nó. Một trong các công cụ chính trong
giải tích ma trận là định lý chéo hóa Williamson và một số kết quả về giá
trị riêng.
Trong toán học, giải tích ma trận nghiên cứu về các cấu trúc tô-pô
trên ma trận, hàm ma trận và các bất đẳng thức toán tử. Chính vì một số
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
——————–o0o——————–
TRIỆU VIỆT THỊNH
MA TRẬN ĐỐI XỨNG LỆCH VÀ
GIÁ TRỊ RIÊNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC
THÁI NGUYÊN - 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
——————–o0o——————–
TRIỆU VIỆT THỊNH
MA TRẬN ĐỐI XỨNG LỆCH VÀ
GIÁ TRỊ RIÊNG
Chuyên ngành: Giải Tích
Mã số: 8 46 01 02
LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC
Người hướng dẫn khoa học
TS. HỒ MINH TOÀN
THÁI NGUYÊN - 2020
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của
riêng bản thân tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Hồ Minh Toàn.
Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong luận văn này là trung thực, không
sao chép của bất cứ ai và chưa từng công bố dưới bất kỳ hình thức nào
trước đây.
Ngoài ra, trong luận văn tôi có sử dụng tài liệu, thông tin được đăng
tải trên các tạp trí và một số kết quả của các tác giả khác đều có trích dẫn
và chú thích nguồn gốc. Nếu phát hiện bất kỳ sự gian lận nào tôi xin chịu
trách nhiệm về nội dung luận văn của mình.
Thái Nguyên, ngày 15 tháng 06 năm 2020
Tác giả
Triệu Việt Thịnh
Xác nhận
của khoa chuyên môn
Xác nhận
của người hướng dẫn
TS. Hồ Minh Toàn
i
Lời cảm ơn
Trong quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn tôi
đã nhận được sự giúp sức và hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của người hướng
dẫn khoa học, TS. Hồ Minh Toàn.
Ngoài ra, trong quá trình học tập và làm luận văn, từ các bài giảng
của các Giáo sư, Phó Giáo sư đang công tác tại Viện Toán học, các Thầy
Cô trong Trường Đại học Sư Phạm Thái Nguyên, tôi đã trau dồi thêm rất
nhiều kiến thức, kỹ năng phục vụ cho việc nghiên cứu và công tác của bản
thân. Từ đáy lòng mình, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới các Thầy
Cô.
Tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn bộ môn Giải tích, Khoa Toán Trường
Đại Học Sư Phạm Thái Nguyên, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, hướng dẫn,
phản biện để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn này. Do thời gian có hạn,
bản thân tôi còn hạn chế nên luận văn có thể có những thiếu sót. Tôi mong
muốn nhận được ý kiến phản hồi, đóng góp và xây dựng của các thầy cô,
và các bạn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 15 tháng 06 năm 2020
Tác giả
Triệu Việt Thịnh
ii
Mục lục
Lời cam đoan
i
Lời cảm ơn
ii
Mục lục
iv
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
v
Lời mở đầu
1
1 Giới thiệu về không gian véc tơ đối xứng lệch
3
1.1
Một số khái niệm và ví dụ . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.1.1
Một số khái niệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.1.2
Ví dụ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.2
Cơ sở đối xứng lệnh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.3
Trực giao Gram-Schmidt đối xứng lệnh . . . . . . . . . . .
7
2 Ma trận Đối xứng lệnh và giá trị riêng
2.1
2.2
14
Ma trận đối xứng lệnh, một số tính chất cơ bản và ví dụ . .
14
2.1.1
Giới thiệu về ma trận đối xứng lệnh . . . . . . . . .
14
2.1.2
Đa thức Pfaffian của ma trận phản xứng. . . . . . .
15
2.1.3
Một số ví dụ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
Một số kết quả về giá trị riêng . . . . . . . . . . . . . . . .
18
2.2.1
Giá trị riêng của ma trận đối xứng lệch . . . . . . .
18
2.2.2
Nhóm Unita U(n) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
iii
2.3
Định lý chéo hóa Williamson và ứng dụng . . . . . . . . . .
22
2.3.1
Định lý chéo hóa Williamson . . . . . . . . . . . . .
22
2.3.2
Ứng dụng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
Kết luận
33
Tài liệu tham khảo
34
iv
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết
tắt
R2n
không gian véctơ 2n− chiều
E1 ⊕ E2
tổng trực tiếp của hai không gian véc tơ
dim A
số chiều của không gian A
∅
tập rỗng
det A
định thức của ma trận A
AT
ma trận chuyển vị của A
Sp(n)
tập tất cả các ma trận symplectic cấp 2n
Pf(A)
đa thức Pfaffian của ma trận A
U(n)
tập tất cả các ma trận unita cấp n
Specσ (M )
phổ symplectic của M
|| · ||
chuẩn toán tử thông thường
||| · |||
chuẩn bất biến unita
2
kết thúc chứng minh
v
Lời mở đầu
Ngày nay, tầm quan trọng của lý thuyết ma trận được biết đến rộng
rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Có thể thấy ứng dụng của lý thuyết ma
trận trong hầu hết các lĩnh vực khoa học. Trong vật lý, bao gồm quang học,
điện từ học, cơ học lượng tử, cơ học cổ điển và điện động lực học lượng tử,
chúng được sử dụng để nghiên cứu các hiện tượng vật lý, như chuyển động
của vật rắn và nghiên cứu các quỹ đạo tuần hoàn Hamilton. Trong kỹ thuật
đồ họa máy tính ma trận được sử dụng để chiếu một ảnh 3 chiều lên màn
hình 2 chiều. Trong lý thuyết xác suất và thống kê, các ma trận ngẫu nhiên
được sử dụng để miêu tả tập hợp. Lý thuyết ma trận giúp tìm nghiệm của
các hệ phương trình tuyến tính. Trong giải tích số ma trận được dùng để
phát triển các thuật toán hữu hiệu cho các tính toán ma trận, phương pháp
khai triển ma trận làm đơn giản hóa các tính toán cả về mặt lý thuyết lẫn
thực hành. Những thuật toán dựa trên những cấu trúc của các ma trận đặc
biệt, như ma trận sparse và ma trận chéo, giúp giải quyết những bài toán
phức tạp và những tính toán khác. Phép tính ma trận tổng quát hóa các
khái niệm trong giải tích như đạo hàm và hàm mũ đối với số chiều lớn hơn.
Đặc biệt, giải tích ma trận trở thành một chủ đề độc lập trong toán học bởi
một số lượng lớn các ứng dụng của nó. Một trong các công cụ chính trong
giải tích ma trận là định lý chéo hóa Williamson và một số kết quả về giá
trị riêng.
Trong toán học, giải tích ma trận nghiên cứu về các cấu trúc tô-pô
trên ma trận, hàm ma trận và các bất đẳng thức toán tử. Chính vì một số
1
lượng lớn các ứng dụng của lý thuyết ma trận mà các chủ đề của giải tích
ma trận luôn được chọn làm các đề tài nghiên cứu khoa học. Trong luận văn
này chúng tôi trình bày một số kiến thức cơ bản về không gian véc tơ đối
xứng lệch, tiếp theo là định lý Gram-Schmidt trực giao hóa đối xứng lệch,
định lý chéo hóa Williamson và phổ đối xứng lệch. Phần này được trích dẫn
trong tài liệu số [1] và [2]. Ứng dụng các kết quả nghiên cứu về ma trận đối
xứng lệch, tôi trình bày một số kết quả về chuẩn bất biến unita qua giá trị
riêng đối xứng lệch. Nội dung phần này được trích dẫn trong tài liệu số [3]
và [4].
Ngoài phần mở đầu, kết luận và danh mục tài liệu tham khảo, luận
văn gồm hai chương cụ thể như sau:
Chương 1. Giới thiệu về không gian véc tơ đối xứng lệch
Trong chương này tôi giới thiệu tổng quan về một số khái niệm cơ bản
và ví dụ được trích dẫn trong cuốn sách “Symplectic geometry and quantum
mechanics”. Và các bài giảng “Introduction to symplectic mechanics: lectures
I-II-III, lecture notes (2006)” của tác giả Maurice de Gosson.
Chương 2. Ma trận đối xứng lệch và giá trị riêng
Đây là phần chính của luận văn, trong chương này tôi giới thiệu về
ma trận đối xứng lệch, một số tính chất cơ bản và ví dụ minh họa. Tiếp
theo tôi trình bày một số tính chất của ma trận đối xứng lệch, định lý chéo
hóa Williamson, phổ đối xứng lệch. Phần cuối của chương chúng tôi trình
bày về chuẩn bất biến unita liên quan tới phổ đối xứng lệch.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 16 tháng 05 năm 2020
Tác giả
Triệu Việt Thịnh
2
Chương 1
Giới thiệu về không gian véc tơ đối
xứng lệch
Trong toàn bộ luận văn, từ khóa symplectic tạm dịch là đối xứng lệch.
1.1
Một số khái niệm và ví dụ
1.1.1
Một số khái niệm
Định nghĩa 1.1.1. Cho E là một không gian véc tơ thực. Một dạng dạng
đối xứng lệnh (a symplectic form hay skew-product) trên E là một ánh xạ
ω : E × E → R nếu thỏa mãn ba điều kiện sau.
• Tuyến tính đối với từng biến:
ω (α1 z1 + α2 z2 , z 0 ) = α1 ω (z1 , z 0 ) + α2 ω (z2 , z 0 )
ω (z, α1 z10 + α2 z20 ) = α1 ω (z, z10 ) + α2 ω (z, z20 )
với mọi z, z 0 , z1 , z10 , z2 , z20 ∈ E và α1 , α2 , α10 , α20 ∈ R.
• Đối xứng lệch (nói cách khác là phản xứng):
ω (z, z 0 ) = −ω (z 0 , z) với mọi z, z 0 ∈ E.
3
• Không suy biến:
ω (z, z 0 ) = 0 với mọi z ∈ E nếu và chỉ nếu z 0 = 0.
Nhận xét 1.1.2. Từ tính đối xứng lệch ta suy ra ω(z, z) = 0 với mọi z ∈ E.
Định nghĩa 1.1.3. Một không gian véc tơ đối xứng lệnh thực là một cặp
(E, ω) trong đó E là một không gian véc tơ thực và ω là một dạng đối xứng
lệnh trên E . Số chiều của (E, ω) được hiểu là số chiều của E .
Trong toàn bộ luận văn về sau ta nói không gian đối xứng lệnh nghĩa
là không gian véc tơ đối xứng lệnh thực.
Định nghĩa 1.1.4. Cho (E, ω) và (E 0 , ω 0 ) là hai không gian đối xứng lệnh.
Ta nói (E, ω) và (E 0 , ω 0 ) là đẳng cấu với nhau nếu tồn tại một đẳng cấu
giữa hai không gian véc tơ s : E → E 0 sao cho
ω 0 (s (z) , s (z 0 )) = ω (z, z 0 ) ,
∀z, z 0 ∈ E.
Vì vậy hai không gian đối xứng lệnh đẳng cấu tuyến tính với nhau thì
có cùng số chiều. Ở mục sau, chúng ta sẽ chứng minh rằng hai không gian
đối xứng lệnh hữu hạn chiều luôn luôn đẳng cấu theo nghĩa trên nếu chúng
có cùng số chiều.
Định nghĩa 1.1.5. Tổng trực tiếp của hai không gian đối xứng lệnh
Cho (E1 , ω1 ) và (E2 , ω2 ) là hai không gian đối xứng lệnh tùy ý.
E1 ⊕ E2 = {a ⊕ b : a ∈ E1 , b ∈ E2 }
Với a ⊕ b, x ⊕ y ∈ E1 ⊕ E2 sao cho a, x ∈ E1 , b, y ∈ E2 , ta nói a ⊕ b = (a, b)
và x ⊕ y = (x, y). Khi đó ta định nghĩa phép toán trên E1 ⊕ E2 như sau:
a ⊕ b + x ⊕ y = (a + x) ⊕ (b + y)
∀λ ∈ R : λ (a ⊕ b) = λa ⊕ λb
4
Khi đó E1 ⊕ E2 là một không gain véc tơ thực.
Xét ánh xạ
ω = ω1 ⊕ ω2 : E 1 ⊕ E 2 → R
được định nghĩa bởi:
ω (z1 ⊕ z2 ; z10 ⊕ z20 ) = ω1 (z1 , z10 ) + ω2 (z2 , z20 ) ,
với z1 ⊕ z2 , z10 ⊕ z20 ∈ E1 ⊕ E2 .
Ta dễ dàng chứng minh được ω thỏa mãn các điều kiện: Tuyến tính
đối với từng biến và phản xứng. Hơn nữa ω có tính không suy biến.
Thật vậy, giả sử ω (z, z 0 ) = 0 với mọi z, trong đó z = z1 ⊕ z2 , z ’ =
z10 ⊕ z20 . Hay
ω1 (z1 , z1 0 ) + ω2 (z2 , z2 0 ) = 0
(1.1)
Nếu chọn z = z1 ⊕ 0 với z1 ∈ E1 , tùy ý thì ω1 (z1 , z1 0 ) + ω2 (0, z2 0 ) =
ω1 (z1 , z1 0 ). Nên từ (1.1) ta thu được ω1 (z1 , z1 0 ) = 0 với mọi z1 . Vì ω1 không
suy biến nên z1 0 = 0. Tương tự ta cũng chứng minh được z2 0 = 0. Vậy ω
không suy biến. Do đó ω là một dạng đối xứng lệnh trên E1 ⊕ E2 .
Không gian đối xứng lệnh (E, ω) = (E1 ⊕ E2 , ω1 ⊕ ω2 ) được gọi là
tổng trực tiếp của (E1 , ω1 ) và (E2 , ω2 ) .
Nhận xét 1.1.6. Nếu E là một không gian đối xứng lệnh hữu hạn chiều
thì số chiều của E là chẵn.
1.1.2
Ví dụ
Ví dụ 1.1.7. Không gian đối xứng lệnh chính tắc
Ví dụ cơ bản và quan trọng nhất của một không gian đối xứng lệnh
hữu hạn chiều là không gian đối xứng lệnh chính tắc R2n , σ trong đó σ
được xác định như sau:
5
σ (z, z 0 ) =
n
P
j=1
pj x0j − p0j xj
với z = (x1 , . . . , xn ; p1 , . . . , pn ) và z 0 = (x01 , . . . , x0n ; p01 , . . . , p0n ). Trong trường
hợp đặc biệt khi n = 1
σ (z, z 0 ) = − det (z, z 0 ) .
Ví dụ 1.1.8. Cho R2n , σ là không gian đối xứng lệnh chính tắc. Ta có
thể xác định trên R2n ⊕ R2n hai dạng đối xứng lệnh σ ⊕ và σ xác định như
sau.
σ ⊕ (z1 , z2 ; z10 , z20 ) = σ (z1 , z10 ) + σ (z2 , z20 )
σ (z1 , z2 ; z10 , z20 ) = σ (z1 , z10 ) − σ (z2 , z20 )
Ta có các không gian đối xứng lệnh tương ứng là R2n ⊕ R2n , σ ⊕ và
R2n ⊕ R2n , σ ).
Ví dụ 1.1.9. Không gian đối xứng lệnh không chính tắc
Cho B là ma trận phản đối xứng thực cấp n (tức là B T = −B ). Đặt
−B I
.
JB =
−I 0
Ta có
JB2 =
2
B − I −B
B
−I
.
Do đó JB2 6= −I nếu B 6= 0. Nhờ tính chất này ta suy ra dạng đối
xứng lệnh σB được định nghĩa như sau.
σB (z, z 0 ) = σ (z, z 0 ) − hBx, x0 i
không phải là dạng đối xứng lệnh chính tắc.
Dạng đối xứng lệnh này được sử dụng trong nghiên cứu của điện từ
trường (tổng quát hơn trong các nghiên cứu hệ động lực Hamitonian).
6
1.2
Cơ sở đối xứng lệnh
Định nghĩa 1.2.1. Cho E là một không gian đối xứng lệnh có số chiều là
2n. Tập hợp B = {e1 , . . . , en } ∪ {f1 , . . . , fn } các véc tơ của E được gọi là
một cơ sở đối xứng lệnh của (E, ω) nếu thỏa mãn hai điều kiện sau.
• ω (ei , ej ) = ω (fi , fj ) = 0 với 1 6 i, j 6 n.
• ω (fi , ej ) = δij với 1 6 i, j 6 n, trong đó δij là chỉ số Kronecker, δij = 1
nếu i = j và δij = 0 nếu i 6= j.
Từ định nghĩa trên, một cơ sở đối xứng lệnh nhất thiết phải độc lập
tuyến tính và do đó là một cơ sở của E.
Ví dụ 1.2.2. Gọi (ci ) là cơ sở chính tắc của Rn . Ta định nghĩa các véc tơ
e1 , . . . , en và f1 , . . . , fn trong R2n xác định bởi ei = (ci , 0) , fi = (0, ci ) .
Khi đó, họ B := {e1 , . . . , en } ∪ {f1 , . . . , fn } là một cơ sở chính tắc của R2n .
Hơn nữa, ta dễ kiểm tra rằng B là cơ sở đối xứng lệnh của không gian đối
xứng lệnh chính tắc R2n , σ , và cơ sở này còn được gọi là cơ sở đối xứng
lệnh chính tắc.
1.3
Trực giao Gram-Schmidt đối xứng lệnh
Định nghĩa 1.3.1. Cho M là một tập con khác rỗng của không gian đối
xứng lệnh (E, ω). Phần bù trực giao đối xứng lệnh (skew-orthogonal set)
của M (hay phần bù trực giao theo dạng đối xứng lệnh ω ) được định nghĩa
như sau:
M ω = {z ∈ E : ω (z, z 0 ) = 0, ∀z 0 ∈ M } .
7
Ta quy ước phần bù trực giao đối xứng lệnh của tập rỗng là E. Từ
định nghĩa phần bù, ta dễ dàng thu được các tính chất sau:
M ⊂ N ⇒ N ω ⊂ M ω và (M ω )ω ⊂ M.
Mệnh đề sau đây mô tả một số tính chất đơn giản nhưng hữu ích của
phần bù trực giao – đối xứng lệnh của một không gian con tuyến tính của
không gian đối xứng lệnh.
Mệnh đề 1.3.2.
(i) Nếu M là không gian con tuyến tính của E thì M ω cũng là một không
gian con tuyến tính của E và
dim M + dim M ω = dim E và (M ω )ω = M.
(ii) Nếu M1 , M2 là các không gian con tuyến tính của không gian đối xứng
lệnh (E, ω) thì
(M1 + M2 )ω = M1ω ∩ M2ω
(M1 ∩ M2 )ω = M1ω + M2ω .
Chứng minh.
(i) Thật vậy M ω là một không gian con tuyến tính của E là hiển nhiên.
Với mỗi z ∈ E, ta đặt Φ(z) : E → E ∗ xác định bởi:
Φ(z) (z 0 ) = ω (z, z 0 ) .
Khi đó Φ(z) là một ánh xạ tuyến tính. Từ tính chất số chiều của E là
hữa hạn và tính không suy biến của ω ta suy ra được Φ(z) đẳng cấu. Gọi
{e1 , . . . , ek } là cơ sở của M, ta có:
ω
M =
k
\
ker (Φ (ej )) .
j=1
Do đó
8
dim M ω = dim E − k = dim E − dim M.
Từ đó suy ra đẳng thức đầu tiên trong (i). Bây giờ ta áp dụng công
thức này cho không gian (M ω )ω thay cho M, ta được
dim (M ω )ω = dim E − dim M ω
= dim E − (dim E − dim M )
= dim M.
Kết hợp với tính chất (M ω )ω ⊂ M ở trên, ta thu được M = (M ω )ω .
(ii) Ta chỉ cần chứng minh đẳng thức đầu của (ii) vì đẳng thức sau thu
được từ đẳng thức đầu bằng cách lấy đối ngẫu.
Giả sử z ∈ (M1 + M2 )ω thì ω (z, z1 + z2 ) = 0 với mọi z1 ∈ M1 , z2 ∈
M2 . Do đó, nếu chọn z2 = 0, ω (z, z1 ) = 0 với mọi z1 ∈ M1 . Vậy z ∈ M1ω .
Tương tự ta cũng chứng minh được z ∈ M2ω . Do đó
(M1 + M2 )ω ⊂ M1ω ∩ M2ω .
Ngược lại lấy z ∈ M1ω ∩ M2ω thì ω (z, z1 ) = ω (z, z2 ) = 0 với mọi
z1 ∈ M1 , z2 ∈ M2 . Do đó ω (z, z 0 ) = 0 với mọi z 0 = z1 + z2 ∈ M1 + M2 . Ta
suy ra M1ω ∩ M2ω ⊂ (M1 + M2 )ω . Bao hàm thức này cùng với bao hàm thức
ngược lại được chứng minh ở trên suy ra điều cần chứng minh.
Định lý 1.3.3. Định lý Gram-Schmidt đối xứng lệnh
Cho A và B là hai tập hợp con (có thể rỗng) của {1, 2, ..., n} . Với hai
tập con bất kì E = {ei : i ∈ A} , F = {fj : j ∈ B} của không gian đối xứng
lệnh (E, ω) (dim E = 2n) sao cho các phần tử của E và F thỏa mãn các
điều kiện sau:
ω (ei , ej ) = ω (fi , fj ) = 0 và ω (fi , ej ) = δij Với (i, j) ∈ A × B,
9
khi đó tồn tại một cơ sở đối xứng lệnh B của (E, ω) chứa E ∪ F.
Chứng minh. Ta sẽ chia làm ba trường hợp như sau.
Trường hợp 1: A = B = ∅
Chọn một véc tơ e1 6= 0 trong E và đặt f1 là một véc tơ khác với e1
sao cho ω (f1 , e1 ) 6= 0 (sự tồn tại của f1 xuất phát từ sự không suy biến của
ω ) các véc tơ này là độc lập tuyến tính, định lý được chứng minh trong
trường hợp n = 1.
Giả sử n > 1 và cho M là không gian con của E , sinh bởi tập {f1 , e1 }
và đặt E1 = M ω ; theo công thức dim M +dim M ω = dim E và (M ω )ω = M
ta có dim M + dim E1 = 2n.
Từ ω (f1 , e1 ) 6= 0 ta có E1 ∩ M = 0 do đó E = E1 ⊕ M và hạn chế ω1
của ω trên E1 là không suy biến (vì nếu z1 ∈ E1 sao cho ω1 (z1 , z) = 0 với
ω
mọi z1 ∈ E1 thì z1 ∈ E1 = M và do đó z1 = 0 ) do đó cặp (E1 , ω1 ) là một
không gian đối xứng lệnh 2(n − 1) chiều. Lặp lại quá trình trên (n − 1) lần
ta được một dãy giảm
(E, ω) ⊃ (E1 , ω1 ) ⊃ ... ⊃ (En−1 , ωn−1 )
của không gian đối xứng lệnh với dim Ek = 2(n − k) và là một dãy tăng
{e1 , f1 } ⊂ {e1 , e2 ; f1 ; f2 } ⊂ · · · ⊂ {e1 , . . . , en ; f1 , . . . , fn }
của tập hợp các véc tơ độc lập tuyến tính trong E, mỗi tập hợp thỏa mãn
điều kiện:
ω (ei , ej ) = ω (fi , fj ) = 0 và ω (fi , ej ) = δij với (i, j) ∈ A × B.
Trường hợp 2: A = B 6= ∅
Ta có thể giả sử rằng A = B = {1, 2, ..., k} . Đặt M là không gian con
sinh bởi {e1 , . . . , ek ; f1 , . . . , fk }. Tương tự như trường hợp đầu tiên ta nhận
10
thấy E = M ⊕ M ω và những hạn chế ωM và ωM ω của ω trên M và M ω là
dạng đối xứng lệnh. Đặt {ek+1 , . . . , en ; fk+1 , . . . , fn } là cơ sở đối xứng lệnh
của M ω thì
B = {e1 , . . . , en ; f1 , . . . , fn } ,
là một cơ sở đối xứng lệnh của E.
Trường hợp 3: B\A 6= ∅ (trường hợp A\B 6= ∅ chứng minh tương
tự).
Giả sử k ∈ B\A và chọn ek ∈ E sao cho ω (ei , ek ) = 0 với i ∈ A và
ω (fj , ek ) = δjk với j ∈ B. Khi đó E ∪ F ∪ {ek } là một hệ véc tơ độc lập
tuyến tính. Thật vậy, giả sử
λk ek +
X
λi ei +
i∈A
X
µj ej = 0.
j∈B
Nhân hai vể của đẳng thức trên với fk , ta thu được
X
X
λk ω (fk , ek ) +
λi ω (fk , ei ) +
µj ω (fk , ej ) = λk = 0
i∈A
j∈B
Tương thự ta cũng suy ra được λi = µj = 0. với mọi i ∈ A và mọi j ∈ B.
Lặp lại quá trình trên nhiều lần sẽ quay trở lại trường hợp A = B 6= ∅.
Cho (E, ω) là không gian véc tơ đối xứng lệnh, F là không gian véc tơ
đối xứng lệnh và là không gian con của E. Khi đó phép hạn chế của ω trên
F sinh ra dạng đối xứng lệnh trên F và được kí hiệu là ω|F . Cặp F, ω|F
là không gian đối xứng lệnh và được gọi là không gian con của E. Do đó ta
có mệnh đề sau:
Mệnh đề 1.3.4. Cho F, ω|F và F 0 , ω|F 0 là hai không gian đối xứng lệnh
của (E, ω), nếu dim F = dim F 0 thì tồn tại một tự đẳng cấu đối xứng lệnh
của (E, ω) sao cho phép hạn chế ϕ|F là một đẳng cấu đối xứng lệnh
ϕ|F : F, ω|F → F 0 , ω|F 0 .
11
Chứng minh. Giả sử rằng F và F 0 có cùng số chiều là 2k và đặt
B(k) = {e1 , . . . , ek } ∪ {f1 , . . . , fk }
0
B(k)
= {e01 , . . . , e0k } ∪ {f10 , . . . , fk0 }
là các cơ sở đối xứng lệnh tương ứng với F và F 0 .
Theo định lý trực giao hóa Gram-Schmidt đối xứng lệnh ta có thể
bổ sung B(k) và B(k0 ) thành các cơ sở đối xứng lệnh đầy đủ B và B 0 của
(E, ω). Khi đó xác định một tự đẳng cấu đối xứng lệnh Φ của E thỏa mãn
Φ (ei ) = e0i và Φ (fj ) = fj0 . Do đó phép hạn chế ϕ = Φ|F là một tự đẳng cấu
F → F 0.
Định nghĩa 1.3.5. Một cơ sở của R2n , σ vừa là dạng đối xứng lệnh vừa
có tính trực giao với tích vô hướng hz, z 0 i = σ (Jz, z 0 ) còn được gọi là cơ sở
orthosymplectic (cở sở trực chuẩn đối xứng lệnh). Rõ ràng cơ sở chính tắc
là cơ sở orthosymplectic.
Nhận xét 1.3.6. Thuật toán xây dựng các cơ sở orthosymplectic bắt đầu
từ một tập các véc tơ tùy ý {e01 , . . . , e0n } thỏa mãn điều kiện σ e0i , e0j = 0
như sau:
Bước 1. Đặt ` là không gian véc tơ sinh bởi các véc tơ {e01 , . . . , e0n } .
Bằng phương pháp trực chuẩn hóa Gram-Schmidt, ta xây đựng một cơ sở
trực chuẩn (theo nghĩa thông thường) {e1 , . . . , en } của `.
Bước 2. Đặt:
f1 = −Je1 , . . . , fn = −Jen .
Các véc tơ fi trực giao với các véc tơ ei và trực giao với nhau; ngoài ra
σ (fi , fj ) = σ (ei , ej ) = 0, σ (fi , ej ) = hei , ej i = δij .
12
Do đó cơ sở
B = {e1 , . . . , en } ∪ {f1 , . . . , fn }
vừa là đối xứng lệnh vừa có tính trực giao (theo dạng ω )
13
- Xem thêm -