內積空間與伴隨算子

半雙線性型

雙線性型在兩個分量上都線性;半雙線性型在一個分量上線性、在另一個分量上共軛線性。這個名字來自拉丁文:sesqui 意為一倍半,恰好刻畫了該形式在一個分量上完全線性,而在另一個分量上僅「半線性」(相差一個共軛)。

形式地說,B : V x V -> C 是半雙線性的,若 B(a u + b u', v) = a B(u,v) + b B(u',v)(第一分量線性),同時 B(u, a v + b v') = conj(a) B(u,v) + conj(b) B(u,v')(第二分量共軛線性)。複內積恰是又滿足共軛對稱且正定的半雙線性型。

對任何取值於 C、又希望 <v,v> 為實的配對而言,這正是其天然形態。在 R 上沒有共軛,半雙線性便退化為雙線性——這就是為何實與複的理論在許多命題中看似相同,卻在每個觸及純量的證明裡有所不同。

一個細微之處:半雙線性型不必共軛對稱。埃爾米特型(滿足 B(u,v) = conj(B(v,u)) 者)才是對稱的;它們的對角值 B(v,v) 為實,對應於自伴算子。去掉埃爾米特性後,便可藉 B(u,v) = <T u, v> 把任意算子編碼為一個形式。

B(u,v) = u^* M v, linear in v, conjugate-linear in u

座標下任何半雙線性型都是矩陣夾心 u^* M v;共軛轉置落在哪一側,便決定哪個分量是共軛線性的。

有限維空間上的每個半雙線性型都可寫成 B(u,v) = u^* M v(在某標準正交基下,M 唯一)。埃爾米特型恰好對應 M = M^*;這本矩陣詞典正是通往算子的橋樑。

又稱
sesquilinear1.5-linear form