矩阵群与李理论
一般线性群 GL(n)
取所有 n x n 矩阵,再扔掉其中每一个不可逆的。剩下的就是 GL(n):可逆矩阵的集合。它是本领域一切事物的天然归宿,因为对称就是某种你能撤销的操作,而撤销恰好意味着拥有逆。
精确地说,GL(n, F) = { A in M_n(F) : det(A) != 0 },其中 F = R 或 C。在矩阵乘法下它是一个群:可逆矩阵之积仍可逆(行列式相乘),单位矩阵是幺元,每个 A 都有逆 A^-1。它不是向量空间——零矩阵以及大多数和都不可逆——所以应把它看作一个乘法世界,而非加法世界。
几何上,GL(n) 是 F^n 上全部可逆线性映射构成的群:每一种可逆的拉伸、剪切、旋转与反射,以及它们的任意组合。本章其余每一个矩阵群(正交、酉、特殊线性、辛)都是从 GL(n) 中、通过要求其保持某种额外结构而切出的子群。
关于它形状的一点提醒:det 是连续函数,所以 det != 0 这一条件使 GL(n,R) 成为 n^2 维矩阵空间中的一个开子集,并裂成两块(det > 0 与 det < 0),二者之间无法连续地往来。相比之下 GL(n,C) 是连通的。这一连通性问题是这些群拥有有趣几何的第一个暗示——它们是李群。
A = [2, 1; 0, 3], det A = 6 != 0, A^-1 = (1/6)[3, -1; 0, 2] in GL(2,R)
一个 2x2 矩阵属于 GL(2,R),当且仅当其行列式非零;此时它的逆存在,且仍属于 GL(2,R)。
为何 GL(n) 是群而 M_n(F) 只是环?因为可逆性正是缺失的那条公理:M_n(F) 有乘积与单位元,但大多数元素没有逆。GL(n) 恰好是该环的单位群(即可逆元之群)。
又称
另见