Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

A_I_Kostrikin_Yu_I_Manin_-_Lineynaya_Algebra_i

.pdf
Скачиваний:
417
Добавлен:
02.06.2015
Размер:
4.57 Mб
Скачать

А.И.Кострикин, Ю.И.Манин

ЛИНЕЙНАЯ АЛГЕБРА И ГЕОМЕТРИЯ

Книга посвящена изложению фундаментальных понятий и аппарата линейной алгебры и родственных ей разделов геометрии. От имеющихся курсов линейной алгебры книга отличается большим вниманием к приложениям и связям с другими областями математики: включено обсуждение основных принципов квантовой механики, описана геометрия пространства Минковского, дано введение в линейное программирование. Книга содержит современный математический материал, не излагавшийся в традиционных руководствах: язык категорий и категорные свойства линейных пространств, кэлерова метрика, введение в теорию многочленов Гильберта.

Для студентов механико-математических специальностей высших учебных заведений.

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Предисловие

5

ортогональные многочлены

 

Часть 1. Линейные пространства и

7

§ 5. Евклидовы пространства

117

линейные отображения

 

§ 6. Унитарные пространства

126

§ 1. Линейные пространства

7

§ 7. Ортогональные и унитарные

133

§ 2. Базис и размерность

14

операторы

 

§ 3. Линейные отображения

21

§ 8. Самосопряженные операторы

137

§ 4. Матрицы

27

§ 9. Самосопряженные операторы

147

§ 5. Подпространства и прямые

38

в квантовой механике

 

суммы

 

§ 10. Геометрия квадратичных

155

§ 6. Факторпространства

47

форм и собственные значения

 

§ 7. Двойственность

51

самосопряженных операторов

 

§ 8. Структура линейного

54

§ 11. Трехмерное евклидово

163

отображения

 

пространство

 

§ 9. Жорданова нормальная форма

61

§ 12. Пространство Минковского

171

§ 10. Нормированные линейные

68

§ 13. Симплектические

181

пространства

 

пространства

 

§ 11. Функции линейных

74

§ 14. Теорема Витта и группа

185

операторов

 

Витта

 

§ 12. Комплексификация и

77

§ 15. Алгебры Клиффорда

189

овеществление

 

Часть 3. Аффинная и проективная

193

§ 13. Язык категорий

83

геометрия

 

§ 14. Категорные свойства

88

§ 1. Аффинные пространства,

193

линейных пространств

 

аффинные отображения и

 

Часть 2. Геометрия пространств со

93

аффинные координаты

 

скалярным произведением

 

§ 2. Аффинные группы

201

§ 1. 0 геометрии

93

§ 3, Аффинные подпространства

205

§ 2. Скалярные произведения

95

§ 4. Выпуклые многогранники и

212

§ 3. Теоремы классификации

102

линейное программирование

 

§ 4. Алгоритм ортогонализации и

110

§ 5. Аффинные квадратичные

215

функции и квадрики

 

линейные отображения тензорных

 

§ 6. Проективные пространства

220

произведений

 

§ 7. Проективная двойственность

226

§ 3. Тензорная алгебра линейного

264

и проективные квадрики

 

пространства

 

§ 8. Проективные группы и

230

§ 4. Классические обозначения

266

проекции

 

§ 5. Симметричные тензоры

271

§ 9. Конфигурации Дезарга и

239

§ 6. Кососимметричные тензоры и

275

Паппа и классическая проективная

 

внешняя алгебра линейного

 

геометрия

 

пространства

 

§ 10. Кэлерова метрика

243

§ 7. Внешние формы

285

§ 11. Алгебраические

245

§ 8. Тензорные поля

287

многообразия и многочлены

 

§ 9. Тензорные произведения в

291

Гильберта

 

квантовой механике

 

Часть 4. Полилинейная алгебра

254

Предметный указатель

297

§ 1. Тензорное произведение

254

 

 

линейных пространств

 

 

 

§ 2. Канонические изоморфизмы и

259

 

 

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

 

Аксиома Дезарга 243

 

Аннулятор p-вектора 279

 

— Паппа 243

 

Антисимметриэация тензора 275

 

Аксиомы трехмерного проективного

 

Аппроксимация 114

 

пространства 241

 

Базис пространства 14

 

— проективной плоскости 242

 

— — гиперболический 186

 

Алгебра внешняя 192, 276, 277

 

— — двойственный 24

 

— гомологическая 88

 

— — жорданов 59

 

— Грассмана 192, 276

 

— — ортогональный 106

 

— Клиффорда 189

 

— — ортонормированный 106

 

— Ли 34, 38

 

— — симплектический 107

 

— — классическая 35

 

— тензорный 257

 

— — gl(n,K) 35

 

Базисы одинаково ориентированные

 

— —o(n,K) 35

 

46, 177

 

— — sl(n,K) 35

 

— — пространственно

 

— — su(n) 35

 

ориентированные 178

 

— — u(n) 35

 

Бозон 293

 

— над полем ассоциативная 189

 

Буст 179

 

— симметрическая 273, 274

 

Валентность тензора 264

 

— тензорная 266

 

Вектор грассмановых координат 282

 

Алгоритм ортогонализации Грама —

— касательный 287

 

Шмидта 111

 

— корневой 61

 

Альтернатива Фредгольма

 

— собственный 56

 

конечномерная 50

 

— состояния 130

 

Альтернирование тензора 275

 

— циклический 67

 

Амплитуда вероятности 131

 

 

 

Векторы одинаково временно ориентированные 176

ортогональные 98 Величина случайная 126

— нормированная 126 Величины случайные независимые

126

Вероятность 129 Вершина выпуклого множества 214

Вес билинейной формы 114 Возмущение 152 Вычитание внешнее 194 Гамильтониан 150

невозмущенный 152

Геометрия ортогональная 98

симплектическая 98

эрмитова 98 Гиперплоскость 224

касательная 228

полярная 227 Гиперповерхность алгебраическая

246

Гомотетия 22 Грань верхняя 20

выпуклого множества 213 Грассманиан 281 Группа аффинная 201

Витта 189

движений 202

классическая 33

линейная полная 24, 34

— специальная 34

Лоренца 135, 173, 178

ортогональная 34

— специальная 34

проективная 231

Пуанкаре 202

Группа симплектическая 183

унитарная 34

— специальная 34 Движение аффинного евклидова

пространства 202

— — — несобственное 204

— — — собственное 204

непрерывное 44 Двойственность тензорных

произведений 260 Действие 151

симметрической группы на тензорах 260

транзитивное 193

эффективное 193

Дельта-функционал Дирака 13 Дельта-функция 9 Деформация 44 Диагональ главная 27 Диаграмма 84

коммутативная 84 Дисперсия 149

Дифференциал отображения в точке

27

функции 289 Дифференцирование кольца 288 Длина вектора 118, 129

флага 18

Дополнение ортогональное 53, 102

прямое 43 Зависимость линейная 16

Замыкание проективное 225 Значение собственное 56

среднее 149

Идеал 247

градуированный 247

двусторонний 274

конечно порожденный 248

—, порожденный множеством 248 Излучение фотонов 152 Изометрия линейных пространств 99 Изоморфизм 23

в категориях 83

естественный 23

канонический 24

проективный 230

функторный 87

Инвариант линейного оператора 33 Индекс оператора 50

Интервал времениподобный 172

Конфигурации в аффинном

— пространственноподобный 172

пространстве аффинно

— светоподобный 172

конгруэнтные 208

Карта аффинная 221

— — — — метрически конгруэнтные

Категория 83

208

— абелевых групп 83

— проективно конгруэнтные 232

— групп 83

Конфигурация 208

— дуальная 85

— Дезарга 240

— линейных пространств 83

— координатная 208

— множеств 83

— Паппа 240

— функторов 87

— проективная 232 Кообраз 50

Квадрат коммутативный 84

Координата тензора 267

Квадрика аффинная 219

Координаты аффинные 197

— полярная 227

— барицентрические 199

Кватернионы 168

— вектора 14

Клетка жорданова 58

— точки однородные 220

— циклическая 67

Коразмерность подпространства 49

Ковариация 126

Косокоммутативность 276

Кольцо градуированное 247

Коэффициент корреляции 126

Комбинация линейная 8

— Фурье 115

— — тензоров одинакового типа 268

Коядро 50

— точек барицентрическая 198

Критерий Сильвестра 113

Коммутатор 34

— цикличности пространства 67

— в K-алгебре Ли 38

Круг 71

— групповой 37

Лемма о змее 91

Комплекс 84

— Цорна 20

— ацикличный 85

Линия мировая инерциального

— точный 85

наблюдателя 172

— — в члене 85

Логарифм оператора 76

Комплексификация линейного

Матрица 27, 267

пространства 80

— антисимметричная 35

— проективного пространства 229

— антиэрмитова 35

Композиция морфизмов 83

— блочная 28

— функторов 87

— Грама 96

Компонента градуированного

— — положительно определенная

пространства однородная 246

113

— группы Лоренца 178

— диагональная 27

— тензора 267

— Дирака 36

Конец стрелки 83

— единичная 28

Конус асимптотических направлений

— жорданова 58

158

— квадратная 27

— световой 173

— композиции линейных

 

отображений 30

— контраградиентная 268

— линейно упорядоченное 19

— кососимметричная 35

— частично упорядоченное 19

— косоэрмитова 35

Множитель Лоренца 176

— линейного оператора 29

— фазовый 130

— — отображения 29

Модуль 248

— ортогональная 34, 134, 135

— градуированный 248

— Паули 36, 164

— конечно порожденный 249

— перехода 32

— нётеров 249

— псевдоортогональная 135

Монотонность размерности 18

— псевдоунитарная 135

Морфизм категории 83

— симметричная 35

— нулевой 84

— скалярная 28

— функторный 87

— транспонированная 28

Наблюдаемая 148

— треугольная верхняя 27, 28

— импульса 150

— — нижняя 28

— координаты 150

— унитарная 34, 135

— проекции спина 150, 167

— эрмитова 35

— энергии 150

— эрмитово антисимметричная 35

— — квантового осциллятора 150

— — симметричная 35

Направление 164

— сопряженная 34

Направления асимптотические 157

Медиана системы точек 212

Направленность времени 172

Метод наименьших квадратов 121

Начало стрелки 93

— Штрассена 37

Независимость линейная 16

Метрика 69, 96

Неравенство Коши —

— дискретная 69

Буняковского— Шварца 118, 128

— естественная 69

— Минковского 74

— кэлерова 244

— треугольника 118, 129

Многогранник 213

— — в обратную сторону 175

Многообразие алгебраическое 246

Норма вектора 70

— Грассмана 281, 283

— линейного оператора

Многочлен, аннулирующий оператор

индуцированная 72, 146

59

Оболочка аффинная 206

— Гильберта 252

— линейная 16

— Лежандра 116, 143

— проективная 223

— минимальный 60

Образ линейного отображения 26

— однородный 245

— обратный 86

Многочлен тригонометрический 114

Образующие конуса 158

— Фурье 114, 115, 143

— мультипликативные 189

— характеристический 56

Объект категории 83

— Чебышева 117, 145

— — инъективный 83

— Эрмита 117, 144

— — проективный 83

Множество выпуклое 71

Объем n-мерный 122

— измеримое 122

— — шарового кольца 125

Овеществление линейного пространства 77

Ожидание математическое 126 Окружность 71 Оператор Гамильтона 150

диагонализируемый 56 Оператор пограничный 92

линейный 21

неотрицательный 146

нильпотентный 61

нормальный 145

ортогональный 133

рождения частиц 294

самосопряженный 138, 139

симметричный 139

сопряженный 139

унитарный 133

уничтожения частиц 294

числа частиц 294

эрмитов 139

Определитель линейного оператора

33

Опускание индексов тензора 263,270 Ориентация пространства 46, 166

— — Минковского 177 Оси квадратичной формы главные

156

Отклонение среднеквадратичное 149 Отношение двойное 235

перспективное 237

порядка 19

Отображение антилинейное 82

аффинно линейное 195

аффинное 195

билинейное 51, 95

двойственное 52

двойственности 227

линейное 21

— нулевое 22

— ограниченное 72

— тождественное 22

полилинейное 95, 254

— универсальное 254

полулинейное 82

полуторалинейное 96

симметризации 271

сопряженное 52

Хопфа 222 Отражение 136

времени 180

пространственное 180 Пара базисов двойственная 52

Параболоид гиперболический 157

эллиптический 156

n-мерный 158

Парадокс близнецов 176 Параллелепипед со сторонами

{l1,...,ln} 123

Пары наблюдаемых канонически сопряженные 149

Пересечение подпространств трансверсальное 40

Перестановка 269 Перпендикуляр к двум

подпространствам общий 210 Печка 148 План производства 212

— —, оптимальный по прибыли

213

Плоскость гиперболическая 185

проективная 220 Поглощение фотонов 152 Подгруппа операторов

однопараметрическая 75

ортохронная 173 Подмногообразие линейное 47 Подмножество выпуклое 71

ограниченное 70 Подпространства аффинные

параллельные 205, 206

ортогональные 98 Подпространство аффинное 205

вещественное 230

градуированное 247

изотропное 102, 181

—, инвариантное относительно

Проективизация 230

оператора 56

Проектор 42

— линейное 10

— самосопряженный 141

— направляющее 205

Проекция вектора ортогональная

—, натянутое на векторы 16

119

— невырожденное 102

— из центра 236

—, порожденное векторами 16

Произведение векторное 167

— проективное 223

— внутреннее 287

— собственное 56

— Кронекера 37

— состояний квантовой системы 129

— морфизмов 83

Подсемейство максимальное 17

— скалярное 96

Подъем индексов тензора 263, 270

— — антисимметричное 98

— поля скаляров 86, 258

— — невырожденное 99

Покрытие проективного

— — симметричное 98

пространства аффинное 220

— — симплектическое 98

Поле векторное 288

— — эрмитово 98

— тензорное 289

— — — симметричное 98

Положение общее подпространств 40

— тензорное 37

— — точек 233

— — линейных отображений 262

— равновесия механической системы

— — пространств 255

159

Производная по направлению 288

Полупространство 213

Пространства изометричные 99

Поляризация квадратичной формы 10

— изоморфные 23

Последовательность Коши 70

Пространство анизотропное 185

— линейных пространств точная 54

— аффинное 94, 193

— сходящаяся 70

— — евклидово 202

— точная 85

— банахово 70

— фундаментальная 70

— бесконечномерное 14

Постоянная Планка 151

— векторное 7

Правила Фейнмана 131, 132

— вероятностное конечное 126

Преобразование Кэли 146

— гильбертово 127

Приведение билинейной формы к

— гиперболическое 185

каноническому виду 109

— главное однородное 194

— квадратичной формы к

—, двойственное к данному 10, 51

каноническому виду 110, 111,

— евклидово 117

114

— касательное 288

— матрицы к каноническому виду

— когомологий 91

108

— комплексное сопряженное 81

Принцип неопределенности

— конечномерное 14

Гейзенберга 149

— координатное одномерное 8

— Паули 293

— — n-мерное 8

— проективной двойственности 226

— линейное 7

— суперпозиции 130, 292

 

— —, ассоциированное с аффинным

Расположение подпространств

пространством 193

взаимное 40

— — градуированное 246

Расстояние между множествами 119,

— — над телом 242

132

— — нормированное 70

— — точками 69

— — — полное 70

— от точки до подпространства 209

— метрическое 68, 69

Расширение группы аффинное 202

— — полное 70

Ряд абсолютно сходящийся 70

— Минковского 158, 171

— Пуанкаре 251

— нульмерное 8

— теории возмущений 154

— ортогональное одномерное

— Фурье 116

нулевое 101

Свертка тензора 262, 269

— — — отрицательное 101

— — по -индексам 263

— — — положительное 101

— — полная 263

— проективное 94, 220

Сдвиг 193

— — двойственное 226

Семейство векторов линейно

— — координатное n-мерное 220

зависимое 16

— — трехмерное вещественное 170,

— — — независимое 16

171

Сигнатура квадратичной формы 110

Пространство рефлексивное 26

— пространства 104

— симплектическое 181

Символ Кронекера 9

— сопряженное 10

Симметризация тензора 271

— спиноров 163

Симплекс замкнутый 201

— унитарное 126

— — вырожденный 201

— физическое инерциального

— (n—1)-мерный стандартный 201

наблюдателя 173

Система аффинных координат 197

— функций 8, 9

— координат барицентрическая 199

— циклическое 67

— — инерциальная 173

Прямая проективная 220

— образующих идеала 248

Пфаффиан 184

— — модуля однородная 249

Разбиение проективного

— уравнений нормальная 122

пространства клеточное 237

След линейного оператора 33

Разложение оператора полярное 147

Сложение матриц 29

— — спектральное 142

Сопряжение 33

Размерность алгебраического

— дифференциальных операторов

многообразия 253

формальное 143

— линейного пространства 14

Состояние вакуумное 294

— проективного пространства 220

— квантовой системы 130

Ранг матрицы 37

— — — базисное 131

— семейства векторов 16

— — — возбужденное 152

— скалярного произведения 99

— — — вырожденное 152

— тензора 264, 294

— — — основное 152

— — предельный 295

— — — стационарное 151

Спаривание пространств 51

Теорема Витта 186

— — каноническое 51

— Гамильтона — Кэли 60

Спектр квантовой системы

— Дезарга 257

энергетический 151

— инерции 105

— оператора 58

— о продолжении базиса 17

— — простой 58

Теорема о продолжении

— самосопряженного оператора 161

отображений 88, 89

Спуск поля скаляров 78

— — точности функтора 89, 90

Среднее арифметическое 13

— Паппа 241, 243

— взвешенное 14

— Фишера — Куранта 162

— квадратичное взвешенное 114

— Шаля 204

Статистика Бозе — Эйнштейна 293

— Эйлера 137

— Ферми 293

— Якоби 114

Степень внешняя 287

Теория возмущений 152

— вырождения 151

— Морса 160

— многообразия 253

— относительности специальная 171

Столбец матрицы 27

Тип тензора 264

Стрелка 83

Топология слабая 73

Строка матрицы 27

Точка аффинного пространства 193

Структура комплексная 78

— вещественная 230

— — каноническая 78

— внутренняя 213

— — сопряженная 81

— критическая 160

Сумма линейных отображений

— невырожденная 160

прямая 44

— проективного пространства 220

— подпространств 38

— центральная 216

— — прямая 41

Точность функтора тензорного

— — — внешняя 43

умножения 264

Суперпозиция 130

Тройка точная 85

Сфера 69

Углы Эйлера 170

Сходимость по норме 70

Угол между векторами 119, 129

Тело 242

— — прямой и аффинным

— кватернионов 168

подпространством 212

Температура 125

— — прямыми 212

Тензор 264, 268

Умножение внешнее 275

— антисимметричный 275

— матриц 30

— ковариантный 264

— на скаляр 22, 29

— контравариантный 264

— тензорное 265

— кососимметричный 275

Уравнение Шрёдингера 151

— Кронекера 268

Уровень энергетический 151

— метрический 267, 290

Условие Гильберта 13

— симметричный 271

— Коши 13

— смешанный 264

— линейное 10

— структурный 265, 268

Факторпространство 48

Фермион 293 Фильтр 148

Фильтрация возрастающая 18

убывающая 18 Флаг пространства 18

— максимальный 18

Форма 95, 245

билинейная 108

квадратичная 109

— положительно определенная 113

нормальная жорданова 59

объема 291

полилинейная 95

Функтор 85

ковариантный 85

контравариантный 85 —, представляющий объект

категории 87

тензорного умножения 264 Функционал линейный 10 Функция аффинно линейная 195

квадратичная 215

линейная 10

полилинейная 95 Характеристика эйлерова 91 Центр 216 Цепь 19

Цилиндр параболический 157 Часть анизотропная пространства 188

квадратичная квадратичной функции 215

линейная аффинного отображения 195

— квадратичной функции 215 Число заполнения 293 Шар замкнутый 69

открытый 69

Шар n-мерный 124 Эквивалентность норм 72 Эксперимент Штерна — Герлаха 165

Экспонента ограниченного оператора

75

Элемент максимальный 20

наибольший 20

однородный 246 Эллипсоид n-мерный 124 Энергия 125

Ядро линейного отображения 26

— — левое 102

— — правое 102

скалярного произведения 99 A-модуль 248

градуированный 248

p-вектор 279

— разложимый 279 p-форма внешняя 285, 291 σ -процесс 239 ψ -функция 130

1-форма дифференциальная 289

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]