2018년 4월 30일 (월) 20:44 판
선형대수학에서, 유니터리 행렬(영어: unitary matrix)는 켤레 전치가 역행렬과 같은 복소수 행렬이다.
정의
복소수
행렬
에 대하여, 다음 조건들이 서로 동치이며, 이를 만족시키는
를 유니터리 행렬이라고 한다.
![{\displaystyle U^{*}=U^{-1}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2afc1f611c7a3f18e460394bb6506c763340b694)
![{\displaystyle UU^{*}=1_{n\times n}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5499663ccba10f7dd644b3eaf28fc26c20911c7a)
![{\displaystyle U^{*}U=1_{n\times n}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ecaceb7927bb5c9b53e8f7cca6b2f0bf2db42424)
의 열들은
의 정규 직교 기저를 이룬다.
의 행들은
의 정규 직교 기저를 이룬다.
에서, 모든 정규 직교 기저
에 대하여,
는 정규 직교 기저이다.
에서, 어떤 정규 직교 기저
에 대하여,
는 정규 직교 기저이다.
는 정규 행렬이며, 모든 고윳값의 절댓값은 1이다.
- 임의의
에 대하여,
.
- 임의의
에 대하여,
.
여기서
는 켤레 전치,
는
의 표준 내적,
는
의 표준 노름이다.
성질
실수 행렬의 경우 유니터리 행렬은 직교 행렬과 동치이다.[1]:304
유니터리 행렬
는 다음과 같은 성질을 갖는다.
- 정규 행렬이다.
- 대각화 가능하다. 이는 스펙트럼 정리의 결과에 따라
가 대각행렬과 유니터리하게 닮음이란 것이다.
는
와 같이 분해할 수 있다. 여기서
는 유니터리 행렬,
는 대각 유니터리 행렬이다.
![{\displaystyle |{\det U}|=1}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/387b515884d5fe59e61ffd7e270a700c92ef4f75)
의 고유 공간은 정규 직교다.
인 에르미트 행렬
가 존재한다. (
는 행렬 지수 함수)
모든
유니터리 행렬의 집합은 행렬 곱셈에 따라 군을 이루며, 이를 유니터리 군
이라고 한다.
예
복소수
행렬의 경우, 유니터리 행렬은 다음과 같다.
![{\displaystyle {\begin{pmatrix}e^{i\theta }\end{pmatrix}}\qquad \theta \in \mathbb {R} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6d11e5a336d50809cc950d4455155e134b7c471f)
복소수
행렬의 경우, 유니터리 행렬은 다음과 같다.
![{\displaystyle {\begin{pmatrix}a&b\\-{\bar {b}}e^{i\theta }&{\bar {a}}e^{i\theta }\end{pmatrix}}\qquad |a|^{2}+|b|^{2}=1,\;\theta \in \mathbb {R} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/96f91aa7a86acb54b4ce2482665b8ad2a6e967e1)
각주
- ↑ Hoffman, Kenneth (1971년 4월 1일). 《Linear Algebra》 (영어) 2판. Prentice Hall. ISBN 0-13-536797-2.