東工大数学'13年前期[2]

2次の正方行列に対して、,と定める。
(1) 2次の正方行列A,Bに対して、が成り立つことを示せ。
(2) Aの成分がすべて実数で、が成り立つとき、との値を求めよ。ただし、Eは2次の単位行列とする。


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解答 ケーリー・ハミルトンの定理を利用して次数下げを行う問題です。

(1) とします。



 (逆行列を参照)

(2) (1)を利用して、
Aの成分はすべて実数なので、も実数です。
∴  ・・・�@
ケーリー・ハミルトンの定理より、
,より、

 ・・・�A
以後、が出てくるたびに、と入れ替えます。

∴  ・・・�B

これより、�Bは、
∴ ・・・�C または ・・・�D
・�Cのとき、 ・・・�E
・�Dのとき、ならとなりですが、とは両立しないので不適。従ってですが、となり、 ・・・�F とおけば、の形に書けます。このときは、となりますが、�Fより、
∴
∴
このうち、,では、であって、がとならない(の形であれば�Eよりになる)ので、 ・・・�G
�@,�E,�Gより、, ......[答]


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