home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #27 / NN_1992_27.iso / spool / sci / math / 15432 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1992-11-23  |  3.4 KB

  1. Path: sparky!uunet!psinntp!kepler1!andrew
  2. From: andrew@rentec.com (Andrew Mullhaupt)
  3. Newsgroups: sci.math
  4. Subject: Re: Tensor Diagonalization
  5. Message-ID: <1342@kepler1.rentec.com>
  6. Date: 23 Nov 92 18:51:48 GMT
  7. References: <1992Nov20.221459.3566@news.media.mit.edu>
  8. Organization: Renaissance Technologies Corp., Setauket, NY.
  9. Lines: 83
  10.  
  11. In article <1992Nov20.221459.3566@news.media.mit.edu> perry@media.mit.edu (Chris Perry) writes:
  12. >
  13. >        I'm wondering if anyone has seen a tensor of rank greater than two
  14. >factored into its principle components - i.e., given a tensor A of rank n,
  15. >is there a decomposition similiar to
  16. >         -1
  17. >        S   A S  =  L
  18. >
  19. >  where L is a "diagonal" tensor of rank n, and S is a tensor of rank n that
  20. >is built out of the eigentensors (!) of A? Thanks for any advice or
  21. >references on this topic -
  22.  
  23. I can help, but I look at tensor products from the mathematical,
  24. instead of physicist's approach.
  25.  
  26.  
  27. There are some facts about tensor products of vector spaces which are
  28. needed, and I give them here, using @ for the tensor product.
  29.  
  30. Let U and V be vector spaces, and U@V their tensor product. If {e_i}
  31. is a basis for U and {f_j} is a basis for V then {e_i @ f_j} is a basis
  32. for U@V. The standard basis for U@V obtains when e_i and f_j are the standard
  33. bases for U and V, respectively.
  34.  
  35. Let A and B be linear transformations on U and V, then the tensor product
  36. A@B is defined by the linear transformation on U@V which satisfies
  37.  
  38.     (A@B) (u@v) = (Au) @ (Bv)
  39.  
  40. for all vectors u in U and v in V. This determines that the identity 
  41. transformation on U@V is the tensor product of the identities on U and V.
  42. The inverse of A@B is also determined by this; an inverse can be formed
  43. by A^-1 @ B^-1, 
  44.  
  45.     (A@B) (A^-1 @ B^-1) = (A A^-1) @ (B B^-1) = 1@1.
  46.  
  47. Now the inverse is unique, so A@B is invertible iff A and B are, and 
  48. (A@B)^-1 = A^-1 @ B^-1.
  49.  
  50. Similarity transforms are given by the obvious tensor product. Suppose
  51. S^-1 A S = J and T^-1 B T = K. Then
  52.  
  53.     (S@T)^-1 (A@B) (S@T) = (S^-1 A S) @ (T^-1 B T) = J @ K.
  54.  
  55. It follows that a transformation A@B is diagonalized with respect to a basis
  56. {e_i @ f_j} if and only if A is diagonalized in {e_i} and B is diagonalized
  57. in {f_j}, and the similarity is given by the obvious tensor product.
  58.  
  59. Note that the dual space of U@V is isomorphic (i.e. equal) to U* @ V*, and
  60.  
  61. if U and V have inner products, then so does U@V and you calculate it by:
  62.  
  63.     <u_1 @ v_1, u_2 @ v_2> = <u_1, u_2> <v_1, v_2>.
  64.  
  65. This lets you determine what orthogonal vectors are in U@V: u_1 @ v_1 is
  66. orthogonal to u_2 @ v_2 if and only if either u_1 is orthogonal to u_2 or
  67. v_1 is orthogonal to v_2.
  68.  
  69. The inner product determines what adjoints of linear transformations are; 
  70. in particular if A+ is the adjoint of A and B+ is the adjoint of B then
  71.  
  72.     <u_1 @ v_1, (A@B) u_2 @ v_2> = <u_1, A u_2> <v_1, B v_2> =
  73.  
  74.     = <A+ u_1, u_2> <B+ v_1, v_2> = <(A+ @ B+)u_1 @ v_1, u_2 @ v_2>
  75.  
  76. so the adjoint of (A@B) must be (A@B)+ = (A+ @ B+).
  77.  
  78. In the case of real vector spaces, this means that the tensor product of
  79. orthogonal transformations is orthogonal.
  80.  
  81. Finally, we get to the classic example. If A and B are symmetric, and
  82. S diagonalizes A to J and T diagonalizes B to K, then
  83.  
  84.     (S@T)^-1 (A@B) (S@T) = (S^-1 A S) @ (T^-1 B T) = J @ K
  85.  
  86. Note that the diagonalization is orthogonal.
  87.  
  88. You cannot extend this trivially to Jordan normal form, since the
  89. tensor product of transformations of the form (diagonal + nilpotent) is
  90. not necessarily (diagonal + nilpotent).
  91.  
  92. Later,
  93. Andrew Mullhaupt
  94.