¿Dos vectores complejos distintos de cero que son perpendiculares pero NO ortogonales?

Dejar a , b C norte ser distinto de cero, donde a = ( a 1 , . . . , a norte ) y b = ( b 1 , . . . , b norte ) . Desde el espacio C norte es isomorfo a R 2 norte , podemos relacionarnos a y b a sus correspondientes vectores X , y R 2 norte (respectivamente) tal que

X = ( Re ( a 1 ) Soy ( a 1 ) Re ( a 2 ) Soy ( a 2 )   Re ( a norte ) Soy ( a norte ) ) y y = ( Re ( b 1 ) Soy ( b 1 ) Re ( b 2 ) Soy ( b 2 )   Re ( b norte ) Soy ( b norte ) )   .

Por ejemplo, tome a = ( 1 , 1 ) y b = ( i , i ) . Entonces, X y y son

X = ( 1 0 1 0 ) y y = ( 0 1 0 1 )

Entonces, el ángulo entre a y b es

θ = a r C C o s ( R mi ( a b ) a b ) = a r C C o s ( X y X y ) = a r C C o s ( 0 ) = π 2
Parece que a y b son perpendiculares entre si.

Sin embargo, en C 2 , a y b son linealmente dependientes , ya que a es un múltiplo escalar de b :

a = ( 1 1 ) = C ( i i ) ,
donde el múltiplo escalar es C = i .

¿Pueden 2 vectores ser linealmente dependientes pero perpendiculares? Por lo general, asociamos la dependencia lineal con π radianes Si no, ¿qué tiene de malo este ejemplo?


Notas:

  • tu v es el producto interno hermitiano de tu y v
  • Consulte ¿ Ángulo entre dos vectores? para la fórmula del ángulo.
  • He evitado intencionalmente el término "ortogonal", ya que estos vectores complejos perpendiculares a y b no son ortogonales ( a b 0 )
El hecho de que los espacios sean isomorfos no significa que los dos vectores deban tener el mismo producto interno "natural" en cada espacio. Tu error es asumir que esto es cierto.
¿Qué quieres decir con eso? C y R 2 son isomorfos? 1) Si son espacios vectoriales sobre campo R , entonces no puedes multiplicar por i .2) Si sobre campo C , su mapeo no es un isomorfismo (seno F ( i v ) i F ( v ) ).
¿Necesitas llevar todo a R 2 norte ? Puede que me equivoque, pero creo que esto es innecesario a los efectos de la pregunta.

Respuestas (1)

Si en C norte , puede tener vectores que sean linealmente dependientes (sobre C ) pero que son perpendiculares con respecto al producto interno habitual (real) en R 2 norte . En un espacio de producto interno real, dos vectores distintos de cero son linealmente dependientes si y solo si el ángulo entre ellos es un múltiplo entero de π . Esto no es cierto en un espacio de producto interno complejo. El ejemplo más simple es C sí mismo: dos números complejos pueden tener cualquier ángulo entre ellos, pero todos son linealmente dependientes sobre C .

Nótese en particular que la noción de ortogonalidad en un espacio de producto interno complejo (es decir, que tiene un producto interno complejo 0 ) no es lo mismo que la noción de ortogonalidad en el espacio del producto interior real subyacente (es decir, tener un producto interior real 0 ). De hecho, el producto interno real es solo la parte real del producto interno complejo. Entonces, si dos vectores son perpendiculares en R 2 norte (en el sentido habitual del producto punto real), pueden no ser ortogonales en C norte (en el sentido del producto escalar complejo): todo lo que puede decir es que su producto escalar complejo tiene una parte real 0 , es decir, es puramente imaginario.