行列式:多重線性理論
最高次外冪
在 n 維空間 V 上的交替形式諸空間中,最高的那一個——由一次取 n 個向量構成——是一條直線,即一維空間。在相差一個純量倍的意義下本質上只有一個交替 n-形式,這正是行列式至多差一個常數地唯一的抽象原因。這條直線是「定向體積」的天然居所,也是 det 最誠實地棲身之處。
具體地,k 次外冪打包了交替多重線性的行為;當 k 等於維數 n 時,所得空間(記作 wedge^n V,或其最高形式的對偶)是一維的。V 上任意線性算子 T 在這條直線上誘導一個線性映射,而一維空間上的線性映射不過是乘以一個純量。那個純量就是 det(T)——一個無基、無公式的行列式定義,即「T 對最高次外冪所做之事」。
這一視角在概念上有回報。乘性 det(ST) = det(S) det(T) 變成「在一條直線上複合兩個縮放即把純量相乘」這一平凡事實。行列式的唯一性變成最高次外冪的一維性。而它是從行列式理論通向外代數與張量代數的門戶:在那裡楔積把帶符號體積推廣到每個維度,而不止於最高維。
注意:最高次外冪是一條直線(非零、亦非更高維)這一點為 k = n 所特有;較低的外冪 wedge^k V 維數為「n 取 k」,更大。選定行列式直線的一個生成元,恰是選定一個定向與一個體積單位;直線本身是典範的,但其上的數 1 是一種選擇。
dim(wedge^n V) = 1 and T induces v -> det(T) * v on this line
最高次外冪是一條直線;T 在其上的作用就是乘以 det(T)。
這是通向張量與多重線性代數軌道的橋樑:外冪 wedge^k 把交替形式的思想推廣到每個 k,而行列式不過是 k = n(最高)的情形。
又稱
另見