حاصل الضرب الموتري

في الرياضيات ، يُعرف حاصل الضرب الموتريVدبليو{\displaystyle V\otimes W}من فضاءين متجهينV{\displaystyle V}ودبليو{\displaystyle W}(على نفس الحقل ) هو فضاء متجهي مرتبط به تطبيق ثنائي الخطيةV×دبليوVدبليو{\displaystyle V\times W\rightarrow V\otimes W}هذا يرسم زوجًا(v،w){\displaystyle (v,w)}، أينvV،wدبليو{\displaystyle v\in V,w\in W}، إلى عنصر منVدبليو{\displaystyle V\otimes W}يُشار إليه بـvw{\displaystyle v\otimes w}[ 1 ]

عنصر من عناصر الشكلvw{\displaystyle v\otimes w}يُطلق عليه اسم حاصل الضرب الموتري لـv{\displaystyle v}وw{\displaystyle w}عنصر منVدبليو{\displaystyle V\otimes W}هو موتر ، ويُطلق على حاصل ضرب موتر لمتجهين أحيانًا اسم موتر أولي أو موتر قابل للتحليل . تمتد الموترات الأوليةVدبليو{\displaystyle V\otimes W}بمعنى أن كل عنصر منVدبليو{\displaystyle V\otimes W}هو مجموع موترات أولية. إذا تم إعطاء قواعد لـV{\displaystyle V}ودبليو{\displaystyle W}، أساسVدبليو{\displaystyle V\otimes W}يتكون من جميع حاصل ضرب الموترات لعنصر أساسي منV{\displaystyle V}وعنصر أساسي مندبليو{\displaystyle W}.

يُجسّد حاصل الضرب الموتري لفضاءين متجهيين خصائص جميع التطبيقات الثنائية الخطية، بمعنى أن التطبيق الثنائي الخطي منV×دبليو{\displaystyle V\times W}إلى فضاء متجهي آخرZ{\displaystyle Z}العوامل بشكل فريد من خلال خريطة خطيةVدبليوZ{\displaystyle V\otimes W\to Z}(انظر §  الخاصية العامة )، أي أن الخريطة الثنائية الخطية مرتبطة بخريطة خطية فريدة من حاصل الضرب الموتري.Vدبليو{\displaystyle V\otimes W}لZ{\displaystyle Z}.

تُستخدم الضربات الموترية في العديد من مجالات التطبيق، بما في ذلك الفيزياء والهندسة. على سبيل المثال، في النسبية العامة ، يُوصف مجال الجاذبية من خلال موتر القياس ، وهو حقل موتري يحتوي على موتر واحد عند كل نقطة من نقاط فضاء الزمكان ، وينتمي كل موتر إلى الضرب الموتري للفضاء المماسي عند تلك النقطة مع نفسه.

التعريفات والتركيبات

حاصل الضرب الموتري لفضاءين متجهيين هو فضاء متجهي مُعرَّف حتى التشاكل . توجد عدة طرق متكافئة لتعريفه. تتضمن معظمها تعريف فضاء متجهي صراحةً يُسمى حاصل الضرب الموتري، وعمومًا، ينتج برهان التكافؤ مباشرةً تقريبًا من الخصائص الأساسية للفضاءات المتجهة المُعرَّفة بهذه الطريقة .

يمكن تعريف حاصل الضرب الموتري أيضًا من خلال خاصية شاملة ؛ انظر §  الخاصية الشاملة أدناه. وكما هو الحال مع أي خاصية شاملة، فإن جميع الكائنات التي تحقق هذه الخاصية متماثلة من خلال تماثل وحيد متوافق مع الخاصية الشاملة. عند استخدام هذا التعريف، يمكن اعتبار التعريفات الأخرى بمثابة إنشاءات لكائنات تحقق الخاصية الشاملة، وبرهانًا على وجود كائنات تحقق هذه الخاصية، أي أن حاصل الضرب الموتري موجود.

من القواعد

ليكن V و W فضاءين متجهين على حقل F ، بقواعدهما الخاصة.بV{\displaystyle B_{V}}وبدبليو{\displaystyle B_{W}} .

حاصل الضرب الموتريVدبليو{\displaystyle V\otimes W}الفضاء المتجهي V و W هو فضاء متجهي أساسه مجموعة جميعvw{\displaystyle v\otimes w}معvبV{\displaystyle v\in B_{V}}وwبدبليو{\displaystyle w\in B_{W}}، تُعتبر مجرد رموز لا تحمل أي معنى آخر. يمكن صياغة هذا التعريف بشكل رسمي على النحو التالي (نادراً ما يُستخدم هذا التعريف الرسمي عملياً، لأن التعريف غير الرسمي السابق كافٍ عموماً):Vدبليو{\displaystyle V\otimes W}هي مجموعة الدوال من الضرب الديكارتيبV×بدبليو{\displaystyle B_{V}\times B_{W}}إلى F التي لها عدد محدود من القيم غير الصفرية. تجعل العمليات النقطيةVدبليو{\displaystyle V\otimes W}فضاء متجهي. الدالة التي تُسقط(v،w){\displaystyle (v,w)}إلى 1 والعناصر الأخرى منبV×بدبليو{\displaystyle B_{V}\times B_{W}}يُرمز إلى الصفر بـ ⁠vw{\displaystyle v\otimes w} .

المجموعة{vw|vبV،wبدبليو}{\displaystyle \{v\otimes w\mid v\in B_{V},w\in B_{W}\}}، ويُطلق عليه اسم حاصل الضرب الموتري للأساساتبV{\displaystyle B_{V}}وبدبليو{\displaystyle B_{W}}، هو أساس مباشر لـVدبليو{\displaystyle V\otimes W} .

وبصورة مكافئة، يمكننا تعريفVدبليو{\displaystyle V\otimes W}أن تكون مجموعة الأشكال الثنائية الخطية علىV×دبليو{\displaystyle V\times W}التي لا تساوي الصفر إلا عند عدد محدود من عناصر بV×بدبليو{\displaystyle B_{V}\times B_{W}}. لرؤية ذلك، بالنظر إلى(x،y)V×دبليو{\displaystyle (x,y)\in V\times W} وشكل ثنائي الخطيةب:V×دبليوF{\displaystyle B:V\times W\to F}، يمكننا تحليلx{\displaystyle x}وy{\displaystyle y}في القواعدبV{\displaystyle B_{V}}وبدبليو{\displaystyle B_{W}}مثل: x=vبVxvvوy=wبدبليوyww،{\displaystyle x=\sum _{v\in B_{V}}x_{v}\,v\quad {\text{and}}\quad y=\sum _{w\in B_{W}}y_{w}\,w,} حيث عدد محدود فقط منxv{\displaystyle x_{v}}'رملyw{\displaystyle y_{w}}تكون قيم 's غير صفرية، ويتم إيجادها من خلال خاصية الخطية الثنائية لـب{\displaystyle B}الذي - التي: ب(x،y)=vبVwبدبليوxvywب(v،w){\displaystyle B(x,y)=\sum _{v\in B_{V}}\sum _{w\in B_{W}}x_{v}y_{w}\,B(v,w)}

ومن ثم نرى أن قيمةب{\displaystyle B}لأي(x،y)V×دبليو{\displaystyle (x,y)\in V\times W}يتحدد بشكل فريد وكامل بالقيم التي يتخذهابV×بدبليو{\displaystyle B_{V}\times B_{W}}وهذا يسمح لنا بتوسيع الخرائطvw{\displaystyle v\otimes w}محدد فيبV×بدبليو{\displaystyle B_{V}\times B_{W}}كما في السابق إلى الخرائط الثنائية الخطيةvw:V×دبليوF{\displaystyle v\otimes w:V\times W\to F}، عن طريق السماح بما يلي: (vw)(x،y):=vبVwبدبليوxvyw(vw)(v،w)=xvyw.{\displaystyle (v\otimes w)(x,y):=\sum _{v'\in B_{V}}\sum _{w'\in B_{W}}x_{v'}y_{w'}\,(v\otimes w)(v',w')=x_{v}\,y_{w}.}

عندها يمكننا التعبير عن أي شكل ثنائي الخطيةب{\displaystyle B}باعتبارها توليفة خطية رسمية (قد تكون لانهائية) منvw{\displaystyle v\otimes w}الخرائط وفقًا لما يلي: ب=vبVwبدبليوب(v،w)(vw){\displaystyle B=\sum _{v\in B_{V}}\sum _{w\in B_{W}}B(v,w)(v\otimes w)} مما يجعل هذه الخرائط مشابهة لقاعدة شاودر للفضاء المتجهيهوم(V،دبليو؛F){\displaystyle {\text{هوم}}(V,W;F)}من جميع الأشكال الثنائية الخطية علىV×دبليو{\displaystyle V\times W}بدلاً من ذلك، لكي يصبح أساسًا مناسبًا لهامل ، ما تبقى سوى إضافة الشرط التالي:ب{\displaystyle B}لا يساوي الصفر عند عدد محدود فقط من عناصر بV×بدبليو{\displaystyle B_{V}\times B_{W}}، وفكر في الفضاء الجزئي لمثل هذه الخرائط بدلاً من ذلك.

في كلا البناءين، يُعرَّف حاصل الضرب الموتري لمتجهين من خلال تحليلهما على الأساسات. وبشكل أدق، بأخذ تحليلات الأساس لـxV{\displaystyle x\in V}وyدبليو{\displaystyle y\in W}كما كان من قبل: xy=(vبVxvv)(wبدبليوyww)=vبVwبدبليوxvywvw.{\displaystyle {\begin{aligned}x\otimes y&={\biggl (}\sum _{v\in B_{V}}x_{v}\,v{\biggr )}\otimes {\biggl (}\sum _{w\in B_{W}}y_{w}\,w{\biggr )}\\[5mu]&=\sum _{v\in B_{V}}\sum _{w\in B_{W}}x_{v}y_{w}\,v\otimes w.\end{aligned}}}

من الواضح تمامًا أن هذا التعريف مستمد من معاملاتب(v،w){\displaystyle B(v,w)}في التوسع بواسطة الخطية الثنائية لـب(x،y){\displaystyle B(x,y)}باستخدام القواعدبV{\displaystyle B_{V}}وبدبليو{\displaystyle B_{W}}كما هو موضح أعلاه. ومن ثم، يصبح من السهل التحقق من أنه وفقًا لهذا التعريف، فإن الخريطة:(x،y)xy{\displaystyle {\otimes }:(x,y)\mapsto x\otimes y}هي خريطة ثنائية الخطية منV×دبليو{\displaystyle V\times W}لVدبليو{\displaystyle V\otimes W}تحقيق الخاصية العامة التي تحققها أي بنية لضرب الموتر (انظر أدناه).

إذا تم ترتيبها في مصفوفة مستطيلة، فإن متجه الإحداثيات لـxy{\displaystyle x\otimes y}هو حاصل الضرب الخارجي لمتجهات الإحداثيات لـ x{\displaystyle x}وy{\displaystyle y}لذلك ، فإن الضرب الموتري هو تعميم للضرب الخارجي، أي تجريد له يتجاوز متجهات الإحداثيات.

من عيوب هذا التعريف للجداء الموتري أنه عند تغيير الأساس، يُعرَّف جداء موتري مختلف. مع ذلك، فإن تحليل عناصر الأساس الآخر على أساس معين يُحدد تماثلًا قانونيًا بين حاصلي الضرب الموتري للفضاءات المتجهة، مما يسمح بتحديدهما. كذلك، وخلافًا للتعريفين البديلين التاليين، لا يمكن تعميم هذا التعريف ليشمل تعريفًا للجداء الموتري للوحدات النمطية على حلقة .

كمساحة خارج القسمة

يمكن الحصول على بناء لضرب الموتر مستقل عن الأساس بالطريقة التالية.

ليكن V و W فضاءين متجهين على حقل F.

يُنظر أولاً في فضاء متجهي L يحتوي على الضرب الديكارتيV×دبليو{\displaystyle V\times W}كأساس . أي أن عناصر الأساس لـ L هي الأزواج(v،w){\displaystyle (v,w)}معvV{\displaystyle v\in V}وwدبليو{\displaystyle w\in W}للحصول على مثل هذا الفضاء المتجهي، يمكن تعريفه على أنه الفضاء المتجهي للدوالV×دبليوF{\displaystyle V\times W\to F}التي لها عدد محدود من القيم غير الصفرية وتحديدها(v،w){\displaystyle (v,w)}باستخدام الدالة التي تأخذ القيمة 1(v،w){\displaystyle (v,w)}وصفر فيما عدا ذلك .

ليكن R الفضاء الجزئي الخطي من L الذي تولده العلاقات التي يجب أن يحققها حاصل الضرب الموتري. وبشكل أدق، فإن R تولده عناصر أحد الأشكال التالية:

(v1+v2،w)-(v1،w)-(v2،w)،(v،w1+w2)-(v،w1)-(v،w2)،(sv،w)-s(v،w)،(v،sw)-s(v،w)،{\displaystyle {\begin{aligned}(v_{1}+v_{2},w)&-(v_{1},w)-(v_{2},w),\\(v,w_{1}+w_{2})&-(v,w_{1})-(v,w_{2}),\\(sv,w)&-s(v,w),\\(v,sw)&-s(v,w),\end{aligned}}}

أينv،v1،v2V{\displaystyle v,v_{1},v_{2}\in V}،w،w1،w2دبليو{\displaystyle w,w_{1},w_{2}\in W}وsF{\displaystyle s\in F} .

ثم، يُعرَّف حاصل الضرب الموتري على أنه فضاء القسمة :

Vدبليو=ل/R،{\displaystyle V\otimes W=L/R,}

وصورة(v،w){\displaystyle (v,w)}يُرمز إلى هذا الناتج بـ ⁠vw{\displaystyle v\otimes w} .

من السهل إثبات أن نتيجة هذا البناء تحقق الخاصية العامة المذكورة أدناه. (يمكن استخدام بناء مشابه جدًا لتعريف حاصل الضرب الموتري للوحدات ).

الملكية العالمية

الخاصية العامة لضرب الموتر: إذا كان h ثنائي الخطية، فهناك تطبيق خطي فريد ~ h يجعل المخطط تبادليًا (أي h = ~ hφ ).

في هذا القسم، نُعرّف الخاصية العامة التي يُحققها حاصل الضرب الموتري. وكما هو الحال مع أي خاصية عامة، فإن أي كائنين يُحققان هذه الخاصية يرتبطان بتشاكل وحيد . وعليه، فإن هذه طريقة (غير بنائية) لتعريف حاصل الضرب الموتري لفضاءين متجهيين. وفي هذا السياق، يمكن اعتبار عمليات بناء حاصل الضرب الموتري السابقة بمثابة براهين على وجود حاصل الضرب الموتري المُعرّف بهذه الطريقة.

ومن نتائج هذا النهج أنه يمكن استنتاج كل خاصية من خصائص حاصل الضرب الموتري من الخاصية العامة، وأنه من الناحية العملية، قد ينسى المرء الطريقة التي تم استخدامها لإثبات وجودها.

إن "التعريف الشامل" لحاصل الضرب الموتري لفضاءين متجهين هو التالي (تذكر أن التطبيق الثنائي الخطي هو دالة خطية بشكل منفصل في كل وسيط من وسائطها):

حاصل الضرب الموتري لفضاءين متجهيين V و W هو فضاء متجهي يُرمز له بـVدبليو{\displaystyle V\otimes W}، بالإضافة إلى خريطة ثنائية الخطيةφ:(v،w)vw{\displaystyle {\varphi }:(v,w)\mapsto v\otimes w}منV×دبليو{\displaystyle V\times W}إلىVدبليو{\displaystyle V\otimes W}بحيث يكون لكل خريطة ثنائية الخطيةح:V×دبليوZ{\displaystyle h:V\times W\to Z}، هناك خريطة خطية فريدةح~:VدبليوZ{\displaystyle {\tilde {h}}:V\otimes W\to Z}، بحيثح=ح~φ{\displaystyle h={\tilde {h}}\circ {\varphi }}(إنه،ح(v،w)=ح~(vw){\displaystyle h(v,w)={\tilde {h}}(v\otimes w)}لكلvV{\displaystyle v\in V}وwدبليو{\displaystyle w\in W}) .

منفصل خطيًا

كما هو الحال مع الخاصية العامة المذكورة أعلاه، يمكن أيضاً استخدام التوصيف التالي لتحديد ما إذا كان فضاء متجه معين وخريطته الثنائية الخطية يشكلان حاصل ضرب موتر أم لا. [ 2 ]

نظرية ليكنX،Y{\displaystyle X,Y}، وZ{\displaystyle Z}لتكن فضاءات متجهة معقدة ولتكنتي:X×YZ{\displaystyle T:X\times Y\to Z}لتكن دالة ثنائية الخطية.(Z،تي){\displaystyle (Z,T)}هو حاصل ضرب موتر لـX{\displaystyle X}وY{\displaystyle Y}إذا وفقط إذا [ 2 ] صورةتي{\displaystyle T}يشمل كلZ{\displaystyle Z}(أي، فترةتي(X×Y)=Z{\displaystyle \operatorname {span} \;T(X\times Y)=Z}) ، وكذلكX{\displaystyle X}وY{\displaystyle Y}نكونتي{\displaystyle T}منفصلة خطيًا ، وهو ما يعني بحكم التعريف أنه لجميع الأعداد الصحيحة الموجبةن{\displaystyle n}وجميع العناصرx1،...،xنX{\displaystyle x_{1},\ldots ,x_{n}\in X}وy1،...،yنY{\displaystyle y_{1},\ldots ,y_{n}\in Y}بحيثأنا=1نتي(xأنا،yأنا)=0{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}T\left(x_{i},y_{i}\right)=0}،

  1. إذا كان كل شيءx1،...،xن{\displaystyle x_{1},\ldots ,x_{n}}إذا كانت مستقلة خطيًا، فإن جميعهاyأنا{\displaystyle y_{i}}هي0{\displaystyle 0}، و
  2. إذا كان كل شيءy1،...،yن{\displaystyle y_{1},\ldots ,y_{n}}إذا كانت مستقلة خطيًا، فإن جميعهاxأنا{\displaystyle x_{i}}هي0{\displaystyle 0} .

وبعبارة أخرى،X{\displaystyle X}وY{\displaystyle Y}نكونتي{\displaystyle T}تكون المتتابعات منفصلة خطيًا إذا وفقط إذا كان ذلك صحيحًا لجميع المتتابعات المستقلة خطيًاx1،...،xم{\displaystyle x_{1},\ldots ,x_{m}}فيX{\displaystyle X}وجميع المتتابعات المستقلة خطيًاy1،...،yن{\displaystyle y_{1},\ldots ,y_{n}}فيY{\displaystyle Y}المتجهات{تي(xأنا،yج):1أنام،1جن}{\displaystyle \left\{T\left(x_{i},y_{j}\right):1\leq i\leq m,1\leq j\leq n\right\}}مستقلة خطيًا.

فعلى سبيل المثال، يترتب على ذلك مباشرة أنه إذاX=جم{\displaystyle X=\mathbb {C} ^{m}}وY=جن{\displaystyle Y=\mathbb {C} ^{n}}، حيثم{\displaystyle m}ون{\displaystyle n}إذا كانت أعدادًا صحيحة موجبة، فيمكن للمرء أن يضعZ=جمن{\displaystyle Z=\mathbb {C} ^{mn}}ونعرّف الخريطة الثنائية الخطية على النحو التالي: تي:جم×جنجمن(x،y)=((x1،...،xم)،(y1،...،yن))(xأناyج)ج=1،...،نأنا=1،...،م{\displaystyle {\begin{aligned}T:\mathbb {C} ^{m}\times \mathbb {C} ^{n}&\to \mathbb {C} ^{mn}\\(x,y)=((x_{1},\ldots ,x_{m}),(y_{1},\ldots ,y_{n}))&\mapsto (x_{i}y_{j})_{\stackrel {i=1,\ldots ,m}{j=1,\ldots ,n}}\end{aligned}}} لتكوين حاصل الضرب الموتري لـX{\displaystyle X}وY{\displaystyle Y}[ 3 ] غالبًا ما تكونهذه الخريطةتي{\displaystyle T}يُرمز إليه بـ{\displaystyle \,\otimes \,}لهذا السبب.xy=تي(x،y).{\displaystyle x\otimes y=T(x,y).}

كمثال آخر، لنفترض أنجS{\displaystyle \mathbb {C} ^{S}}هو الفضاء المتجهي لجميع الدوال ذات القيم المركبة على مجموعةS{\displaystyle S}مع تعريف الجمع والضرب القياسي بشكل نقطي (بمعنى أنو+ز{\displaystyle f+g}هذه هي الخريطةsو(s)+ز(s){\displaystyle s\mapsto f(s)+g(s)}وجو{\displaystyle cf}هل الخريطةsجو(s){\displaystyle s\mapsto cf(s)}) . ليكنS{\displaystyle S}وتي{\displaystyle T}أي مجموعات ولأيوجS{\displaystyle f\in \mathbb {C} ^{S}}وزجتي{\displaystyle g\in \mathbb {C} ^{T}}، دعوزجS×تي{\displaystyle f\otimes g\in \mathbb {C} ^{S\times T}}لنرمز إلى الدالة المعرفة بواسطة(s،ت)و(s)ز(ت){\displaystyle (s,t)\mapsto f(s)g(t)}إذاXجS{\displaystyle X\subseteq \mathbb {C} ^{S}}وYجتي{\displaystyle Y\subseteq \mathbb {C} ^{T}}إذا كانت فضاءات جزئية متجهة، فإن الفضاء الجزئي المتجهيZ:=فترة{وز:وX،زY}{\displaystyle Z:=\operatorname {span} \left\{f\otimes g:f\in X,g\in Y\right\}}لجS×تي{\displaystyle \mathbb {C} ^{S\times T}}بالإضافة إلى الخريطة الثنائية الخطية: X×YZ(و،ز)وز{\displaystyle {\begin{alignedat}{4}\;&&X\times Y&&\;\to \;&Z\\[0.3ex]&&(f,g)&&\;\mapsto \;&f\otimes g\\\end{alignedat}}} يشكل حاصل ضرب موتر لـX{\displaystyle X}وY{\displaystyle Y}[ 3 ]

ملكيات

الأبعاد

إذا كان V و W فضاءين متجهيين ذوي بُعد محدود ، فإنVدبليو{\displaystyle V\otimes W}هو ذو أبعاد محدودة ، وبُعده هو حاصل ضرب أبعاد V و W.

وينتج هذا عن حقيقة أن أساسVدبليو{\displaystyle V\otimes W}يتم تكوينها عن طريق أخذ جميع نواتج الضرب الموتري لعنصر أساسي من V وعنصر أساسي من W.

الترابط

يكون حاصل الضرب الموتري تجميعيًا بمعنى أنه، بالنظر إلى ثلاثة فضاءات متجهة يو،V،دبليو{\displaystyle U,V,W}، هناك تماثل قانوني:

(يوV)دبليويو(Vدبليو)،{\displaystyle (U\otimes V)\otimes W\cong U\otimes (V\otimes W),}

تلك الخرائط(uv)w{\displaystyle (u\otimes v)\otimes w}إلىu(vw){\displaystyle u\otimes (v\otimes w)} .

يسمح هذا بحذف الأقواس في حاصل الضرب الموتري لأكثر من فضاءين متجهين أو متجهين.

التبديلية كعملية في الفضاء المتجهي

حاصل الضرب الموتري لفضاءين متجهيينV{\displaystyle V}ودبليو{\displaystyle W}هي تبادلية بمعنى أن هناك تماثلًا قانونيًا:

VدبليودبليوV،{\displaystyle V\otimes W\cong W\otimes V,}

تلك الخرائطvw{\displaystyle v\otimes w}إلىwv{\displaystyle w\otimes v} .

من ناحية أخرى، حتى عندماV=دبليو{\displaystyle V=W} , حاصل الضرب الموتري للمتجهات ليس تبادليًا؛ أيvwwv{\displaystyle v\otimes w\neq w\otimes v}، بشكل عام.

الخريطةxyyx{\displaystyle x\otimes y\mapsto y\otimes x}منVV{\displaystyle V\otimes V}يؤدي إلى نفسه إلى تحويل خطي ذاتي يسمىخريطة التضفير . وبشكل أعم، وكما هو معتاد (انظرجبر الموترات)، ليكنVن{\displaystyle V^{\otimes n}}لنرمز إلى حاصل الضرب الموتري لـ n نسخة من الفضاء المتجهي V. لكل تبديل s لأول n عدد صحيح موجب، تكون الخريطة:

x1xنxs(1)xs(ن){\displaystyle x_{1}\otimes \cdots \otimes x_{n}\mapsto x_{s(1)}\otimes \cdots \otimes x_{s(n)}}

يُحدث تشاكلاً خطياً ذاتياً لـVنVن{\displaystyle V^{\otimes n}\to V^{\otimes n}}، وهو ما يُسمى خريطة التضفير. وهذا يُحدد تأثيرًا يمينيًا للمجموعة المتناظرةSن{\displaystyle S_{n}}علىVن{\displaystyle V^{\otimes n}}.

حاصل الضرب الموتري للخرائط الخطية

بالنظر إلى خريطة خطيةو:يوV{\displaystyle f:U\to V}، وفضاء متجه W ، والضرب الموتري:

ودبليو:يودبليوVدبليو{\displaystyle f\otimes W:U\otimes W\to V\otimes W}

هي الخريطة الخطية الفريدة التي تحقق ما يلي:

(ودبليو)(uw)=و(u)w.{\displaystyle (f\otimes W)(u\otimes w)=f(u)\otimes w.}

حاصل الضرب الموتريدبليوو{\displaystyle W\otimes f}ويتم تعريفها بشكل مماثل.

بفرض وجود خريطتين خطيتينو:يوV{\displaystyle f:U\to V}وز:دبليوZ{\displaystyle g:W\to Z}، حاصل ضربهما الموتري:

وز:يودبليوVZ{\displaystyle f\otimes g:U\otimes W\to V\otimes Z}

هي الخريطة الخطية الفريدة التي تحقق ما يلي:

(وز)(uw)=و(u)ز(w).{\displaystyle (f\otimes g)(u\otimes w)=f(u)\otimes g(w).}

يمتلك المرء:

وز=(وZ)(يوز)=(Vز)(ودبليو).{\displaystyle f\otimes g=(f\otimes Z)\circ (U\otimes g)=(V\otimes g)\circ (f\otimes W).}

من منظور نظرية الفئات ، هذا يعني أن حاصل الضرب الموتري هو دالة ثنائية من فئة الفضاءات المتجهة إلى نفسها. [ 4 ]

إذا كانت الدالتان f و g حقنيتين أو شاملتين ، فإن الأمر نفسه ينطبق على جميع التحويلات الخطية المذكورة أعلاه. وبالتحديد، فإن حاصل الضرب الموتري مع فضاء متجهي هو دالة تامة ؛ وهذا يعني أن كل متتالية تامة تُحوَّل إلى متتالية تامة أخرى ( لا تُحوِّل حاصلات الضرب الموترية للوحدات التحويلات الحقنية إلى تحويلات حقنية، ولكنها دوال تامة من اليمين ).

باختيار قواعد جميع الفضاءات المتجهة المعنية، يمكن تمثيل التحويلات الخطية f و g بواسطة مصفوفات . ثم، اعتمادًا على كيفية عمل الموترvw{\displaystyle v\otimes w}يتم تحويلها إلى متجه، المصفوفة التي تصف حاصل الضرب الموتريوز{\displaystyle f\otimes g}هو حاصل ضرب كرونكر للمصفوفتين. على سبيل المثال، إذا كانت V و X و W و U المذكورة أعلاه ثنائية الأبعاد، وتم تحديد أساساتها جميعًا، وكانت f و g معطاة بواسطة المصفوفات: أ=[أ1،1أ1،2أ2،1أ2،2]،ب=[ب1،1ب1،2ب2،1ب2،2]،{\displaystyle A={\begin{bmatrix}a_{1,1}&a_{1,2}\\a_{2,1}&a_{2,2}\\\end{bmatrix}},\qquad B={\begin{bmatrix}b_{1,1}&b_{1,2}\\b_{2,1}&b_{2,2}\\\end{bmatrix}},} وبالتالي، فإن حاصل الضرب الموتري لهاتين المصفوفتين هو: [أ1،1أ1،2أ2،1أ2،2][ب1،1ب1،2ب2،1ب2،2]=[أ1،1[ب1،1ب1،2ب2،1ب2،2]أ1،2[ب1،1ب1،2ب2،1ب2،2]أ2،1[ب1،1ب1،2ب2،1ب2،2]أ2،2[ب1،1ب1،2ب2،1ب2،2]]=[أ1،1ب1،1أ1،1ب1،2أ1،2ب1،1أ1،2ب1،2أ1،1ب2،1أ1،1ب2،2أ1،2ب2،1أ1،2ب2،2أ2،1ب1،1أ2،1ب1،2أ2،2ب1،1أ2،2ب1،2أ2،1ب2،1أ2،1ب2،2أ2،2ب2،1أ2،2ب2،2].{\displaystyle {\begin{aligned}{\begin{bmatrix}a_{1,1}&a_{1,2}\\a_{2,1}&a_{2,2}\\\end{bmatrix}}\otimes {\begin{bmatrix}b_{1,1}&b_{1,2}\\b_{2,1}&b_{2,2}\\\end{bmatrix}}&={\begin{bmatrix}a_{1,1}{\begin{bmatrix}b_{1,1}&b_{1,2}\\b_{2,1}&b_{2,2}\\\end{bmatrix}}&a_{1,2}{\begin{bmatrix}b_{1,1}&b_{1,2}\\b_{2,1}&b_{2,2}\\\end{bmatrix}}\\[3pt]a_{2,1}{\begin{bmatrix}b_{1,1}&b_{1,2}\\b_{2,1}&b_{2,2}\\\end{bmatrix}}&a_{2,2}{\begin{bmatrix}b_{1,1}&b_{1,2}\\b_{2,1}&b_{2,2}\\\end{bmatrix}}\\\end{bmatrix}}\\&={\begin{bmatrix}a_{1,1}b_{1,1}&a_{1,1}b_{1,2}&a_{1,2}b_{1,1}&a_{1,2}b_{1,2}\\a_{1,1}b_{2,1}&a_{1,1}b_{2,2}&a_{1,2}b_{2,1}&a_{1,2}b_{2,2}\\a_{2,1}b_{1,1}&a_{2,1}b_{1,2}&a_{2,2}b_{1,1}&a_{2,2}b_{1,2}\\a_{2,1}b_{2,1}&a_{2,1}b_{2,2}&a_{2,2}b_{2,1}&a_{2,2}b_{2,2}\\\end{bmatrix}}.\end{aligned}}}

الرتبة الناتجة لا تتجاوز 4، وبالتالي فإن البعد الناتج هو 4. تشير الرتبة هنا إلى رتبة الموتر، أي عدد المؤشرات المطلوبة (بينما تشير رتبة المصفوفة إلى عدد درجات الحرية في المصفوفة الناتجة) .Trأب=Trأ×Trب{\displaystyle \operatorname {Tr} A\otimes B=\operatorname {Tr} A\times \operatorname {Tr} B} .

الضرب الثنائي هو الحالة الخاصة للضرب الموتري بين متجهين من نفس البعد.

الموترات العامة

بالنسبة للأعداد الصحيحة غير السالبة r و s ، نوع(ر،s){\displaystyle (r,s)}الموتر على الفضاء المتجهي V هو عنصر من: تيsر(V)=VVرV*V*s=Vر(V*)s.{\displaystyle T_{s}^{r}(V)=\underbrace {V\otimes \cdots \otimes V} _{r}\otimes \underbrace {V^{*}\otimes \cdots \otimes V^{*}} _{s}=V^{\otimes r}\otimes \left(V^{*}\right)^{\otimes s}.} هناV*{\displaystyle V^{*}}هو الفضاء المتجهي المزدوج (الذي يتكون من جميع الخرائط الخطية f من V إلى الحقل الأرضي K ).

توجد خريطة منتج تسمى (منتج الموترات) : [ 5 ]تيsر(V)كتيsر(V)تيs+sر+ر(V).{\displaystyle T_{s}^{r}(V)\otimes _{K}T_{s'}^{r'}(V)\to T_{s+s'}^{r+r'}(V).}

يتم تعريفها من خلال تجميع جميع "العوامل" V التي تحدث معًا: كتابةvأنا{\displaystyle v_{i}}لعنصر من V ووأنا{\displaystyle f_{i}}لعنصر من عناصر الفضاء المزدوج: (v1و1)(v1)=v1v1و1.{\displaystyle (v_{1}\otimes f_{1})\otimes (v'_{1})=v_{1}\otimes v'_{1}\otimes f_{1}.}

إذا كانت V ذات أبعاد محدودة، فإن اختيار أساس لـ V والأساس الثنائي المقابل لـV*{\displaystyle V^{*}}يؤدي بشكل طبيعي إلى أساس منتيsر(V){\displaystyle T_{s}^{r}(V)}(يُشرح هذا الأساس في مقالة جداءات كرونكر ). باستخدام هذه الأسس، يمكن حساب مكونات جداء (موتر) لموترين (أو أكثر) . على سبيل المثال، إذا كان F و G موترين متغايرين من الرتبتين m و n على التوالي (أيFتيم0{\displaystyle F\in T_{m}^{0}}وجيتين0{\displaystyle G\in T_{n}^{0}}) ، ثم يتم إعطاء مكونات حاصل ضربهما الموتري بواسطة: [ 6 ](Fجي)أنا1أنا2أنام+ن=Fأنا1أنا2أنامجيأنام+1أنام+2أنام+3أنام+ن.{\displaystyle (F\otimes G)_{i_{1}i_{2}\cdots i_{m+n}}=F_{i_{1}i_{2}\cdots i_{m}}G_{i_{m+1}i_{m+2}i_{m+3}\cdots i_{m+n}}.}

وبالتالي، فإن مركبات حاصل الضرب الموتري لموترين هي حاصل الضرب العادي لمركبات كل موتر. مثال آخر: ليكن U موترًا من النوع (1، 1) بمركبات يوβα{\displaystyle U_{\beta }^{\alpha }}وليكن Vموترًا من النوع(1،0){\displaystyle (1,0)}مع المكوناتVγ{\displaystyle V^{\gamma }}ثم : (يوV)αβγ=يوαβVγ{\displaystyle \left(U\otimes V\right)^{\alpha }{}_{\beta }{}^{\gamma }=U^{\alpha }{}_{\beta }V^{\gamma }} و: (Vيو)μνσ=Vμيوνσ.{\displaystyle (V\otimes U)^{\mu \nu }{}_{\sigma }=V^{\mu }U^{\nu }{}_{\sigma }.}

تشكل الموترات المزودة بعملية الضرب الخاصة بها جبرًا يسمى جبر الموترات ، والذي يتم تصنيفه حسب رتبة الموتر.

خريطة التقييم وانكماش الموتر

بالنسبة للموترات من النوع (1، 1) توجد خريطة تقييم أساسية:VV*ك{\displaystyle V\otimes V^{*}\to K} يُعرَّف من خلال تأثيره على الموترات النقية: vوو(v).{\displaystyle v\otimes f\mapsto f(v).}

وبشكل أعم، بالنسبة للموترات من النوع (ر،s){\displaystyle (r,s)}، مع r و s > 0 ، هناك دالة تسمى انكماش الموتر : تيsر(V)تيs-1ر-1(V).{\displaystyle T_{s}^{r}(V)\to T_{s-1}^{r-1}(V).} (نسخ منV{\displaystyle V}وV*{\displaystyle V^{*}}يجب تحديد المنطقة التي سيتم تطبيق هذه الخريطة عليها.

من ناحية أخرى، إذاV{\displaystyle V}إذا كانت ذات أبعاد محدودة ، فهناك خريطة أساسية في الاتجاه الآخر (تسمى خريطة التقييم المشترك ): {كVV*λأناλvأناvأنا*{\displaystyle {\begin{cases}K\to V\otimes V^{*}\\\lambda \mapsto \sum _{i}\lambda v_{i}\otimes v_{i}^{*}\end{cases}}} أينv1،...،vن{\displaystyle v_{1},\ldots ,v_{n}}أي أساس لـV{\displaystyle V}، وvأنا*{\displaystyle v_{i}^{*}}وهي أساسها الثنائي . لا تعتمد هذه الخريطة على اختيار الأساس. [ 7 ]

يمكن استخدام التفاعل بين التقييم والتقييم المشترك لتوصيف فضاءات المتجهات ذات الأبعاد المحدودة دون الرجوع إلى القواعد. [ 8 ]

التمثيل المرافق

حاصل الضرب الموتريتيsر(V){\displaystyle T_{s}^{r}(V)}يمكن اعتبارها بشكل طبيعي وحدة نمطية لجبر ليهـند(V){\displaystyle \mathrm {End} (V)}عن طريق الفعل القطري: ولتبسيط الأمر، دعونا نفترضر=s=1{\displaystyle r=s=1}إذن ، لكلuهـند(V){\displaystyle u\in \mathrm {End} (V)}،u(أب)=u(أ)ب-أu*(ب)،{\displaystyle u(a\otimes b)=u(a)\otimes b-a\otimes u^{*}(b),} أينu*هـند(V*){\displaystyle u^{*}\in \mathrm {End} \left(V^{*}\right)}هي منقولة u ، أي بدلالة الاقتران الواضح علىVV*{\displaystyle V\otimes V^{*}}،u(أ)،ب=أ،u*(ب).{\displaystyle \langle u(a),b\rangle =\langle a,u^{*}(b)\rangle .}

يوجد تماثل قانونيتي11(V)هـند(V){\displaystyle T_{1}^{1}(V)\to \mathrm {End} (V)}مقدم من: (أب)(x)=x،بأ.{\displaystyle (a\otimes b)(x)=\langle x,b\rangle a.}

في ظل هذا التشاكل، كل u فيهـند(V){\displaystyle \mathrm {End} (V)}يمكن النظر إليها في البداية على أنها شكل داخلي لـتي11(V){\displaystyle T_{1}^{1}(V)}ثم يُنظر إليه على أنه تشاكل داخلي لـهـند(V){\displaystyle \mathrm {End} (V)}في الواقع ، هو التمثيل المرافق ad( u ) لـهـند(V){\displaystyle \mathrm {End} (V)} .

الخرائط الخطية كموترات

بفرض وجود فضاءين متجهيين محدودَي الأبعاد U و V على نفس الحقل K ، نرمز إلى الفضاء الثنائي لـ U بـ U* ، وإلى فضاء المتجهات K لجميع التطبيقات الخطية من U إلى V بـ Hom( U , V ) . يوجد تماثل بينهما. يو*Vحoم(يو،V)،{\displaystyle U^{*}\otimes V\cong \mathrm {Hom} (U,V),} مُعرَّف بفعل الموتر الخالصوvيو*V{\displaystyle f\otimes v\in U^{*}\otimes V}على عنصر من يو{\displaystyle U}،(وv)(u)=و(u)v.{\displaystyle (f\otimes v)(u)=f(u)v.}

يمكن تعريف "معكوسه" باستخدام أساس{uأنا}{\displaystyle \{u_{i}\}}وأساسها المزدوج{uأنا*}{\displaystyle \{u_{i}^{*}\}}كما هو موضح في القسم " خريطة التقييم وانكماش الموتر " أعلاه: {حoم(يو،V)يو*VFأناuأنا*F(uأنا).{\displaystyle {\begin{cases}\mathrm {Hom} (U,V)\to U^{*}\otimes V\\F\mapsto \sum _{i}u_{i}^{*}\otimes F(u_{i}).\end{cases}}}

هذه النتيجة تعني ما يلي: خافت(يوV)=خافت(يو)خافت(V)،{\displaystyle \dim(U\otimes V)=\dim(U)\dim(V),} مما يعطي تلقائياً حقيقة مهمة مفادها أن{uأناvج}{\displaystyle \{u_{i}\otimes v_{j}\}}يشكل أساسًا لـيوV{\displaystyle U\otimes V}أين{uأنا}،{vج}{\displaystyle \{u_{i}\},\{v_{j}\}}هي أساسات U و V.

علاوة على ذلك، بالنظر إلى ثلاثة فضاءات متجهة U و V و W ، فإن حاصل الضرب الموتري مرتبط بالفضاء المتجه لجميع التطبيقات الخطية، كما يلي: حoم(يوV،دبليو)حoم(يو،حoم(V،دبليو)).{\displaystyle \mathrm {Hom} (U\otimes V,W)\cong \mathrm {Hom} (U,\mathrm {Hom} (V,W)).} هذا مثال على الدوال المرافقة : حاصل الضرب الموتري هو "مرافق يساري" لـ Hom.

حاصل ضرب الموترات للوحدات على حلقة

يُعرَّف حاصل الضرب الموتري لوحدتين A و B على حلقة تبديلية R بنفس الطريقة التي يُعرَّف بها حاصل الضرب الموتري للفضاءات المتجهة على حقل: أRب:=F(أ×ب)/جي،{\displaystyle A\otimes _{R}B:=F(A\times B)/G,} أين الآن؟F(أ×ب){\displaystyle F(A\times B)}هو R -module الحر الناتج عن الضرب الديكارتي و G هو R -module الناتج عن هذه العلاقات .

بشكلٍ أعم، يمكن تعريف حاصل الضرب الموتري حتى لو كانت الحلقة غير تبديلية . في هذه الحالة، يجب أن تكون A وحدة نمطية يمينية R و B وحدة نمطية يسارية R ، وبدلاً من العلاقتين الأخيرتين أعلاه، تكون العلاقة: (أر،ب)(أ،رب){\displaystyle (ar,b)\sim (a,rb)} يتم فرضه. إذا كانت R غير تبادلية، فلن تكون هذه وحدة نمطية R ، بل مجرد مجموعة أبيلية .

تنتقل الخاصية العامة أيضًا، مع تعديل طفيف: الخريطةφ:أ×بأRب{\displaystyle \varphi :A\times B\to A\otimes _{R}B}محدد بواسطة(أ،ب)أب{\displaystyle (a,b)\mapsto a\otimes b}هي دالة خطية وسطى (يشار إليها باسم "الدالة الخطية الوسطى المتعارف عليها" [ 9 ] )؛ أي أنها تحقق ما يلي: [ 10 ]φ(أ+أ،ب)=φ(أ،ب)+φ(أ،ب)φ(أ،ب+ب)=φ(أ،ب)+φ(أ،ب)φ(أر،ب)=φ(أ،رب){\displaystyle {\begin{aligned}\varphi (a+a',b)&=\varphi (a,b)+\varphi (a',b)\\\varphi (a,b+b')&=\varphi (a,b)+\varphi (a,b')\\\varphi (ar,b)&=\varphi (a,rb)\end{aligned}}}

الخاصيتان الأوليان تجعلان φ تطبيقًا ثنائي الخطية للمجموعة الأبيلية أ×ب{\displaystyle A\times B}. لأي خريطة خطية وسطىψ{\displaystyle \psi }منأ×ب{\displaystyle A\times B}، تماثل زمرة فريد f منأRب{\displaystyle A\otimes _{R}B}يرضيψ=وφ{\displaystyle \psi =f\circ \varphi }وهذه الخاصية تحددφ{\displaystyle \varphi }التماثل داخل المجموعة . انظر المقال الرئيسي لمزيد من التفاصيل.

حاصل الضرب الموتري للوحدات على حلقة غير تبادلية

ليكن A وحدة نمطية يمينية على R و B وحدة نمطية يسارية على R. عندئذٍ يكون حاصل الضرب الموتري لـ A و B زمرة تبديلية معرفة كما يلي: أRب:=F(أ×ب)/جي{\displaystyle A\otimes _{R}B:=F(A\times B)/G} أينF(أ×ب){\displaystyle F(A\times B)}هي مجموعة أبيلية حرةأ×ب{\displaystyle A\times B}و G هي المجموعة الفرعية منF(أ×ب){\displaystyle F(A\times B)}تم توليدها بواسطة العلاقات: أ،أ1،أ2أ،ب،ب1،ب2ب، للجميع رR:(أ1،ب)+(أ2،ب)-(أ1+أ2،ب)،(أ،ب1)+(أ،ب2)-(أ،ب1+ب2)،(أر،ب)-(أ،رب).{\displaystyle {\begin{aligned}&\forall a,a_{1},a_{2}\in A,\forall b,b_{1},b_{2}\in B,{\text{ for all }}r\in R:\\&(a_{1},b)+(a_{2},b)-(a_{1}+a_{2},b),\\&(a,b_{1})+(a,b_{2})-(a,b_{1}+b_{2}),\\&(ar,b)-(a,rb).\\\end{aligned}}}

يمكن صياغة الخاصية الشاملة على النحو التالي. ليكن G زمرة تبديلية مع تطبيقq:أ×بجي{\displaystyle q:A\times B\to G}أي ثنائي الخطية، بمعنى أن: q(أ1+أ2،ب)=q(أ1،ب)+q(أ2،ب)،q(أ،ب1+ب2)=q(أ،ب1)+q(أ،ب2)،q(أر،ب)=q(أ،رب).{\displaystyle {\begin{aligned}q(a_{1}+a_{2},b)&=q(a_{1},b)+q(a_{2},b),\\q(a,b_{1}+b_{2})&=q(a,b_{1})+q(a,b_{2}),\\q(ar,b)&=q(a,rb).\end{aligned}}}

ثم هناك خريطة فريدةq¯:أبجي{\displaystyle {\overline {q}}:A\otimes B\to G}بحيثq¯(أب)=q(أ،ب){\displaystyle {\overline {q}}(a\otimes b)=q(a,b)}للجميعأأ{\displaystyle a\in A}وبب{\displaystyle b\in B} .

علاوة على ذلك، يمكننا أن نقدمأRب{\displaystyle A\otimes _{R}B}بنية الوحدة النمطية في ظل بعض الشروط الإضافية:

  1. إذا كانت A وحدة ثنائية ( S , R )، فإنأRب{\displaystyle A\otimes _{R}B}هو وحدة S يسارية ، حيثs(أب):=(sأ)ب{\displaystyle s(a\otimes b):=(sa)\otimes b} .
  2. إذا كانت B وحدة ثنائية ( R ، S )، فإنأRب{\displaystyle A\otimes _{R}B}هو وحدة نمطية يمينية S ، حيث(أب)s:=أ(بs){\displaystyle (a\otimes b)s:=a\otimes (bs)} .
  3. إذا كانت A وحدة ثنائية ( S , R ) و B وحدة ثنائية ( R , T )، فإنأRب{\displaystyle A\otimes _{R}B}هو عبارة عن ( S ، T )-وحدة ثنائية، حيث يتم تعريف الإجراءات اليسرى واليمنى بنفس طريقة المثالين السابقين.
  4. إذا كانت R حلقة تبديلية، فإن A و B عبارة عن وحدات ثنائية ( R , R ) حيثرأ:=أر{\displaystyle ra:=ar}وبر:=رب{\displaystyle br:=rb}بناءً على النقطة 3)، يمكننا أن نستنتجأRب{\displaystyle A\otimes _{R}B}هو وحدة ثنائية ( R ، R ).

حساب حاصل الضرب الموتري

بالنسبة للفضاءات المتجهة، فإن حاصل الضرب الموتريVدبليو{\displaystyle V\otimes W}يتم حسابها بسرعة لأن أساسات V من W تحدد على الفور أساسًا لـVدبليو{\displaystyle V\otimes W}كما ذُكر سابقًا، بالنسبة للوحدات النمطية على حلقة عامة (تبديلية)، ليست كل وحدة نمطية حرة. على سبيل المثال، Z / n Z ليست زمرة تبديلية حرة ( وحدة نمطية Z ). يُعطى حاصل الضرب الموتري مع Z / n Z بالصيغة التالية:مZZ/نZ=م/نم.{\displaystyle M\otimes _{\mathbf {Z} }\mathbf {Z} /n\mathbf {Z} =M/nM.}

وبشكل أعم، بالنظر إلى عرض لبعض الوحدات النمطية R ، أي عدد من المولداتمأنام،أناأنا{\displaystyle m_{i}\in M,i\in I}بالإضافة إلى العلاقات: ججأجأنامأنا=0،أأناجR،{\displaystyle \sum _{j\in J}a_{ji}m_{i}=0,\qquad a_{ij}\in R,} يمكن حساب حاصل الضرب الموتري على النحو التالي : مRشمال=كوكير(شمالجشمالأنا){\displaystyle M\otimes _{R}N=\operatorname {coker} \left(N^{J}\to N^{I}\right)}

هناشمالج=ججشمال{\displaystyle N^{J}=\oplus _{j\in J}N}والخريطةشمالجشمالأنا{\displaystyle N^{J}\to N^{I}}يتم تحديد ذلك عن طريق إرسال بعضنشمال{\displaystyle n\in N}في النسخة رقم j منشمالج{\displaystyle N^{J}}لأأناجن{\displaystyle a_{ij}n}(في شمالأنا{\displaystyle N^{I}}) . ويمكن إعادة صياغة ذلك بشكل عامي بالقول إن عرض M يؤدي إلى عرضمRشمال{\displaystyle M\otimes _{R}N}يُشار إلى ذلك بالقول إن حاصل الضرب الموتري هو دالة تامة من اليمين . وهو ليس تامًا من اليسار بشكل عام، أي أنه بالنظر إلى تطبيق أحادي على وحدات Rم1م2{\displaystyle M_{1}\to M_{2}}، الضرب الموتري: م1Rشمالم2Rشمال{\displaystyle M_{1}\otimes _{R}N\to M_{2}\otimes _{R}N} لا تكون عادةً أحادية. على سبيل المثال، ضرب الدالة (الأحادية) المعطاة بالضرب في n ، أي n  : ZZ ، في Z / n ينتج عنه الدالة الصفرية 0  : Z / n ZZ / n Z ، وهي ليست أحادية. تقيس دوال تور العليا عيب عدم بقاء حاصل الضرب الموتري دقيقًا. يتم تجميع جميع دوال تور العليا في حاصل الضرب الموتري المشتق .

حاصل الضرب الموتري للجبر

ليكن R حلقة تبديلية. ينطبق الضرب الموتري لوحدات R ، على وجه الخصوص، إذا كانت A و B جبرين على R. في هذه الحالة، يكون الضرب الموتريأRب{\displaystyle A\otimes _{R}B}هي جبر R بحد ذاتها عن طريق وضع: (أ1ب1)(أ2ب2)=(أ1أ2)(ب1ب2).{\displaystyle (a_{1}\otimes b_{1})\cdot (a_{2}\otimes b_{2})=(a_{1}\cdot a_{2})\otimes (b_{1}\cdot b_{2}).} على سبيل المثال: R[x]RR[y]R[x،y].{\displaystyle R[x]\otimes _{R}R[y]\cong R[x,y].}

ومن الأمثلة المحددة على ذلك عندما يكون A و B حقلين يحتويان على حقل فرعي مشترك R. يرتبط حاصل الضرب الموتري للحقول ارتباطًا وثيقًا بنظرية غالوا : إذا كان، على سبيل المثال، A = R [ x ] / f ( x ) ، حيث f هي متعددة حدود غير قابلة للاختزال بمعاملات في R ، فيمكن حساب حاصل الضرب الموتري على النحو التالي: أRبب[x]/و(x){\displaystyle A\otimes _{R}B\cong B[x]/f(x)} حيث تُفسَّر f الآن على أنها نفس متعددة الحدود، ولكن مع اعتبار معاملاتها عناصر من B. في الحقل الأكبر B ، قد تصبح متعددة الحدود قابلة للاختزال، مما يُدخل نظرية غالوا. على سبيل المثال، إذا كان A = B امتداد غالوا لـ R ، فإن: أRأأ[x]/و(x){\displaystyle A\otimes _{R}A\cong A[x]/f(x)} متماثل (كجبر A ) مع أدرجة(و){\displaystyle A^{\operatorname {deg} (f)}} .

التكوينات الذاتية للموترات

المصفوفات المربعةأ{\displaystyle A}مع إدخالات في حقلك{\displaystyle K}تمثل الخرائط الخطية للفضاءات المتجهة ، على سبيل المثالكنكن{\displaystyle K^{n}\to K^{n}}وبالتالي الخرائط الخطيةψ:Pن-1Pن-1{\displaystyle \psi :\mathbb {P} ^{n-1}\to \mathbb {P} ^{n-1}} من الفضاءات الإسقاطية علىك{\displaystyle K}إذاأ{\displaystyle A}إذا كانت غير منفردةψ{\displaystyle \psi }محدد جيدًا في كل مكان، والمتجهات الذاتية لـأ{\displaystyle A}تتوافق مع النقاط الثابتة لـψ{\displaystyle \psi }التكوين الذاتي لـأ{\displaystyle A}يتكون منن{\displaystyle n}النقاط فيPن-1{\displaystyle \mathbb {P} ^{n-1}}، شريطةأ{\displaystyle A}هو عام وك{\displaystyle K}هي مجموعة مغلقة جبريًا . النقاط الثابتة للتطبيقات غير الخطية هي المتجهات الذاتية للموترات. ليكنأ=(أأنا1أنا2أناد){\displaystyle A=(a_{i_{1}i_{2}\cdots i_{d}})}كند{\displaystyle d}موتر ذو أبعاد من نوعن×ن××ن{\displaystyle n\times n\times \cdots \times n}مع إدخالات(أأنا1أنا2أناد){\displaystyle (a_{i_{1}i_{2}\cdots i_{d}})}يقع في حقل مغلق جبريًاك{\displaystyle K}ذو خاصية صفرية. مثل هذا الموترأ(كن)د{\displaystyle A\in (K^{n})^{\otimes d}}يُعرّف الخرائط متعددة الحدودكنكن{\displaystyle K^{n}\to K^{n}}وPن-1Pن-1{\displaystyle \mathbb {P} ^{n-1}\to \mathbb {P} ^{n-1}}مع الإحداثيات: ψأنا(x1،...،xن)=ج2=1نج3=1نجد=1نأأناج2ج3جدxج2xج3xجدل أنا=1،...،ن{\displaystyle \psi _{i}(x_{1},\ldots ,x_{n})=\sum _{j_{2}=1}^{n}\sum _{j_{3}=1}^{n}\cdots \sum _{j_{d}=1}^{n}a_{ij_{2}j_{3}\cdots j_{d}}x_{j_{2}}x_{j_{3}}\cdots x_{j_{d}}\;\;{\mbox{for }}i=1,\ldots ,n}

وهكذا كل واحد منن{\displaystyle n}إحداثياتψ{\displaystyle \psi }هي متعددة حدود متجانسةψأنا{\displaystyle \psi _{i}}درجة علميةد-1{\displaystyle d-1}فيx=(x1،...،xن){\displaystyle \mathbf {x} =\left(x_{1},\ldots ,x_{n}\right)}المتجهات الذاتية لـأ{\displaystyle A}هي حلول القيد: رتبة(x1x2xنψ1(x)ψ2(x)ψن(x))1{\displaystyle {\mbox{rank}}{\begin{pmatrix}x_{1}&x_{2}&\cdots &x_{n}\\\psi _{1}(\mathbf {x} )&\psi _{2}(\mathbf {x} )&\cdots &\psi _{n}(\mathbf {x} )\end{pmatrix}}\leq 1} ويتم تحديد التكوين الذاتي من خلال تنوع2×2{\displaystyle 2\times 2}[ 11 ]

أمثلة أخرى على جداءات الموترات

منتجات الموترات الطوبولوجية

تُعمم فضاءات هيلبرت فضاءات المتجهات ذات الأبعاد المحدودة إلى أبعاد عشوائية. توجد عملية مماثلة ، تُسمى أيضًا "الضرب الموتري"، تجعل فضاءات هيلبرت فئة أحادية متناظرة . وهي تُبنى أساسًا على أنها إكمال فضاء القياس للضرب الموتري الجبري المذكور أعلاه. مع ذلك، فهي لا تُحقق النظير الواضح للخاصية الشاملة التي تُعرّف الضرب الموتري؛ [ 12 ] إذ يجب حصر التشكلات الخاصة بتلك الخاصية في مؤثرات هيلبرت-شميدت . [ 13 ]

في الحالات التي يكون فيها فرض الضرب الداخلي غير مناسب، يمكن محاولة إكمال الضرب الموتر الجبري كضرب موتر طوبولوجي . ومع ذلك، فإن هذا البناء لم يعد محددًا بشكل فريد: ففي كثير من الحالات، توجد طوبولوجيات طبيعية متعددة على الضرب الموتر الجبري.

حاصل الضرب الموتري للفضاءات المتجهة المتدرجة

يمكن تحليل بعض الفضاءات المتجهة إلى مجاميع مباشرة من الفضاءات الجزئية. في مثل هذه الحالات، يمكن تحليل حاصل الضرب الموتري لفضاءين إلى مجاميع من حاصل ضرب الفضاءات الجزئية (قياساً على طريقة توزيع الضرب على الجمع).

حاصل ضرب الموتر للتمثيلات

تُسمى الفضاءات المتجهة المزودة ببنية ضربية إضافية بالجبر . ويتم وصف حاصل الضرب الموتري لهذه الجبر بواسطة قاعدة ليتلوود-ريتشاردسون .

حاصل الضرب الموتري للحقول الجبرية

إذا كان لدينا حقلان يمثلان امتدادًا جبريًا لحقل أساسي مشترك، فإن حاصل ضربهما الموتري على الحقل الأساسي يكون جبريًا أيضًا على الحقل الأساسي. تحديدًا، هو الامتداد الجبري الناتج عن حاصل ضرب مولدات الحقلين الأصليين. على سبيل المثال، حاصل الضرب الموتري على الأعداد النسبية لـسؤال[2]{\displaystyle \mathbb {Q} [{\sqrt {2}}]}وسؤال[3]{\displaystyle \mathbb {Q} [{\sqrt {3}}]}يتم إنشاؤه بواسطة11=1{\displaystyle 1\cdot 1=1}،12=2{\displaystyle 1\cdot {\sqrt {2}}={\sqrt {2}}}،13=3{\displaystyle 1\cdot {\sqrt {3}}={\sqrt {3}}}، و23=6{\displaystyle {\sqrt {2}}\cdot {\sqrt {3}}={\sqrt {6}}}ويمكن الإشارة إليهسؤال[2،3]{\displaystyle \mathbb {Q} [{\sqrt {2}},{\sqrt {3}}]}.

حاصل الضرب الموتري للصيغ التربيعية

حاصل الضرب الموتري للأشكال متعددة الخطية

بفرض شكلين متعددي الخطيةو(x1،...،xك){\displaystyle f(x_{1},\dots ,x_{k})}وز(x1،...،xم){\displaystyle g(x_{1},\dots ,x_{m})}في فضاء متجهيV{\displaystyle V}في الملعبك{\displaystyle K}حاصل ضربهما الموتري هو الشكل متعدد الخطية: [ 14 ](وز)(x1،...،xك+م)=و(x1،...،xك)ز(xك+1،...،xك+م).{\displaystyle (f\otimes g)(x_{1},\dots ,x_{k+m})=f(x_{1},\dots ,x_{k})g(x_{k+1},\dots ,x_{k+m}).}

هذه حالة خاصة من ضرب الموترات إذا نُظر إليها كدوال متعددة الخطية (انظر أيضًا الموترات كدوال متعددة الخطية ). وبالتالي، يمكن حساب مكونات ضرب الموترات للدوال متعددة الخطية باستخدام ضرب كرونكر .

حاصل الضرب الموتري لحزم من الوحدات

حاصل الضرب الموتري لحزم الخطوط

حاصل الضرب الموتري للحقول

حاصل الضرب الموتري للرسوم البيانية

تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من تسميته "الضرب الموتري"، إلا أنه ليس ضربًا موتريًا للرسوم البيانية بالمعنى المذكور أعلاه؛ بل هو في الواقع الضرب في نظرية الفئات ضمن فئة الرسوم البيانية وتشاكلات الرسوم البيانية . ومع ذلك، فهو في الحقيقة الضرب الموتري لكرونكر لمصفوفات التجاور للرسوم البيانية. قارن أيضًا قسم " الضرب الموتري للتطبيقات الخطية" أعلاه.

الفئات المونيدية

يُعدّ الإطار الأكثر عموميةً لضرب الموترات هو الفئة المونيدية . فهو يُجسّد الجوهر الجبري لعملية الموترات، دون الإشارة تحديدًا إلى ما يتم ضربه. وبالتالي، يُمكن التعبير عن جميع ضربات الموترات كتطبيق للفئة المونيدية على إطار مُحدد، يعمل على كائنات مُحددة.

جبر القسمة

يمكن بناء عدد من الفضاءات الفرعية المهمة لجبر الموترات كحاصل قسمة : وتشمل هذه الجبر الخارجي ، والجبر المتناظر ، وجبر كليفورد ، وجبر ويل ، والجبر الشامل بشكل عام.

يُبنى الجبر الخارجي من الضرب الخارجي . بالنظر إلى فضاء متجهي V ، فإن الضرب الخارجيVV{\displaystyle V\wedge V}يُعرَّف على النحو التالي: VV:=VV/{vv|vV}.{\displaystyle V\wedge V:=V\otimes V{\big /}\{v\otimes v\mid v\in V\}.}

عندما لا يمتلك الحقل الأساسي لـ V الخاصية 2، فإن هذا التعريف يكون مكافئًا لما يلي:VV:=VV/{v1v2+v2v1|(v1،v2)V2}.{\displaystyle V\wedge V:=V\otimes V{\big /}{\bigl \{}v_{1}\otimes v_{2}+v_{2}\otimes v_{1}\mid (v_{1},v_{2})\in V^{2}{\bigr \}}.}

صورةv1v2{\displaystyle v_{1}\otimes v_{2}}يُشار عادةً إلى المنتج الخارجي بـv1v2{\displaystyle v_{1}\wedge v_{2}}ويلبي، بحكم التعريف ،v1v2=-v2v1{\displaystyle v_{1}\wedge v_{2}=-v_{2}\wedge v_{1}}. من الممكن إنشاء تركيبات مماثلة لـVV{\displaystyle V\otimes \dots \otimes V}( عدد العوامل n )، مما يؤدي إلى ΛنV{\displaystyle \Lambda ^{n}V}، القوة الخارجية رقم n لـV.هذا المفهوم الأخير هو أساس الأشكال التفاضلية من الرتبة n .

يتم بناء الجبر المتناظر بطريقة مماثلة، من الضرب المتناظر : VV:=VV/{v1v2-v2v1|(v1،v2)V2}.{\displaystyle V\odot V:=V\otimes V{\big /}{\bigl \{}v_{1}\otimes v_{2}-v_{2}\otimes v_{1}\mid (v_{1},v_{2})\in V^{2}{\bigr \}}.}

وبشكل عام: طبيعينV:=VVن/(vأناvأنا+1-vأنا+1vأنا...){\displaystyle \operatorname {Sym} ^{n}V:=\underbrace {V\otimes \dots \otimes V} _{n}{\big /}(\dots \otimes v_{i}\otimes v_{i+1}\otimes \dots -\dots \otimes v_{i+1}\otimes v_{i}\otimes \dots )}

أي أنه في الجبر المتناظر، يمكن تبديل متجهين متجاورين (وبالتالي جميع المتجهات). وتسمى الكائنات الناتجة بالموترات المتناظرة .

ضرب الموترات في البرمجة

لغات برمجة المصفوفات

قد تتضمن لغات برمجة المصفوفات هذا النمط بشكل مدمج. على سبيل المثال، في لغة APL ، يُعبّر عن حاصل الضرب الموتري بالصيغة ○.×(على سبيل المثال A ○.× B، أو A ○.× B ○.× C). في لغة يكون حاصل الضرب الموتري هو الصيغة الثنائية لـ */(على سبيل المثال a */ b، أو a */ b */ c).

يُتيح أسلوب J أيضًا تمثيل بعض حقول الموترات، حيث يمكن أن تكون aو bدوالًا بدلًا من ثوابت. ويُعدّ حاصل ضرب دالتين دالة مشتقة، وإذا كانت aو bقابلتين للتفاضل ، فإن a */ bقابلة للتفاضل أيضًا.

مع ذلك، لا توجد هذه الأنواع من الترميز بشكل عام في لغات المصفوفات. قد تتطلب لغات المصفوفات الأخرى معالجة صريحة للمؤشرات (على سبيل المثال، MATLAB )، و/أو قد لا تدعم الدوال ذات الرتبة العليا مثل مشتقة جاكوبي (على سبيل المثال، Fortran /APL).

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. مقدمة عن الضرب الموتري
  2. 1 2 تريفيس 2006 ، ص 403-404.
  3. 1 2 Trèves 2006 ، ص. 407.
  4. ^ هازوينكل، ميشيل ؛ جوباريني، ناديجدا ميخائيلوفنا؛ جوباريني، نادية؛ كيريشينكو، فلاديمير ف. (2004). الجبر والخواتم والوحدات . سبرينغر. ص.  100. ردمك 978-1-4020-2690-4.
  5. بورباكي (1989) ، ص 244 يحدد استخدام "الضرب الموتري لـ x و y "، عناصر الوحدات النمطية المعنية.
  6. تنطبق صيغ مماثلة أيضًا على الموترات المتغايرة ، وكذلك الموترات ذات التباين المختلط. مع ذلك، في كثير من الحالات، كما هو الحال عند تعريف جداء داخلي ، يكون التمييز غير ذي صلة.
  7. "التقييم المشترك في الفضاءات المتجهة" . عالم الرياضيات الصريح . ١٣ نوفمبر ٢٠٠٨. مؤرشف من الأصل في ٢ فبراير ٢٠١٧. تم الاطلاع عليه في ٢٦ يناير ٢٠١٧ .
  8. انظر الكائن القابل للثنائية .
  9. هانغرفورد، توماس و. (1974). الجبر . سبرينغر. ISBN 0-387-90518-9.
  10. تشين، جونغكاي ألفريد (ربيع 2004)، "الضرب الموتري" (ملف PDF) ، الجبر المتقدم 2 (ملاحظات المحاضرات)، جامعة تايوان الوطنية، مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 2016-03-04{{citation}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  11. أبو، ه.؛ سيجال، أ . ستورمفيلز، ب. (2015). “التكوينات الذاتية للموترات”. أرخايف : 1505.05729 [ math.AG ].
  12. غاريت، بول (22 يوليو 2010). "عدم وجود جداءات موترية لفضاءات هيلبرت" (PDF) .
  13. كاديسون، ريتشارد ف.؛ رينغروس، جون ر. (1997). أساسيات نظرية جبر المؤثرات . دراسات عليا في الرياضيات . المجلد الأول. بروفيدنس، رود آيلاند: الجمعية الرياضية الأمريكية . نظرية 2.6.4. ISBN    978-0-8218-0819-1MR 1468229 . 
  14. تو، إل دبليو (2010). مقدمة في المتشعبات . سلسلة يونيفرسيتكست. سبرينغر. ص 25. ISBN  978-1-4419-7399-3.

مراجع