Matriz cuadrada cuyas entradas son 1 a lo largo de la antidiagonal y 0 en otros lugares
En matemáticas , especialmente en álgebra lineal , las matrices de intercambio (también llamadas matriz de inversión , identidad hacia atrás o permutación involutiva estándar ) son casos especiales de matrices de permutación , donde los elementos 1 residen en la antidiagonal y todos los demás elementos son cero. En otras palabras, son versiones de la matriz de identidad 'invertidas por filas' o 'invertidas por columnas' . [1]
![{\displaystyle {\begin{aligned}J_{2}&={\begin{pmatrix}0&1\\1&0\end{pmatrix}}\\[4pt]J_{3}&={\begin{pmatrix}0&0&1\ \0&1&0\\1&0&0\end{pmatrix}}\\&\quad \vdots \\[2pt]J_{n}&={\begin{pmatrix}0&0&\cdots &0&1\\0&0&\cdots &1&0\\\vdots & \vdots &\,{}_{_{\displaystyle \cdot }}\!\,{}^{_{\displaystyle \cdot }}}\!{\dot {\phantom {j}}}& \vdots &\vdots \\0&1&\cdots &0&0\\1&0&\cdots &0&0\end{pmatrix}}\end{aligned}}}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
Definición
Si J es una matriz de intercambio n × n , entonces los elementos de J son![{\displaystyle J_{i,j}={\begin{casos}1,&i+j=n+1\\0,&i+j\neq n+1\\\end{casos}}}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
Propiedades
- La premultiplicación de una matriz por una matriz de intercambio invierte verticalmente las posiciones de las filas de la primera, es decir,
![{\displaystyle {\begin{pmatrix}0&0&1\\0&1&0\\1&0&0\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}1&2&3\\4&5&6\\7&8&9\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}7&8&9\ \4&5&6\\1&2&3\end{pmatrix}}.}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
- La posmultiplicación de una matriz por una matriz de intercambio invierte horizontalmente las posiciones de las columnas de la primera, es decir,
![{\displaystyle {\begin{pmatrix}1&2&3\\4&5&6\\7&8&9\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}0&0&1\\0&1&0\\1&0&0\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}3&2&1\ \6&5&4\\9&8&7\end{pmatrix}}.}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
- Las matrices de intercambio son simétricas ; eso es:
![{\displaystyle J_{n}^{\mathsf {T}}=J_{n}.}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
- Para cualquier número entero k : En particular, Jn es una matriz involutiva ; eso es,
![{\displaystyle J_{n}^{k}={\begin{cases}I&{\text{ si }}k{\text{ es par,}}\\[2pt]J_{n}&{\text{ si }}k{\text{ es impar.}}\end{cases}}}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle J_{n}^{-1}=J_{n}.}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
- La traza de J n es 1 si n es impar y 0 si n es par. En otras palabras:
![{\displaystyle \operatorname {tr} (J_{n})=n{\bmod {2}}.}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
- El determinante de J n es: En función de n , tiene período 4, dando 1, 1, −1, −1 cuando n es congruente módulo 4 con 0, 1, 2 y 3 respectivamente.
![{\displaystyle \det(J_{n})=(-1)^{\frac {n(n-1)}{2}}}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
- El polinomio característico de J n es:
![{\displaystyle \det(\lambda I-J_{n})={\begin{casos}{\big [}(\lambda +1)(\lambda -1){\big ]}^{\frac {n }{2}}&{\text{ si }}n{\text{ es par,}}\\[4pt](\lambda -1)^{\frac {n+1}{2}}(\lambda +1)^{\frac {n-1}{2}}&{\text{ si }}n{\text{ es impar.}}\end{casos}}}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
- La matriz adjunta de J n es: (donde sgn es el signo de la permutación π k de k elementos).
Relaciones
- Una matriz de intercambio es la matriz antidiagonal más simple .
- Cualquier matriz A que satisfaga la condición AJ = JA se dice que es centrosimétrica .
- Cualquier matriz A que satisfaga la condición AJ = JA T se dice que es persimétrica .
- Las matrices simétricas A que satisfacen la condición AJ = JA se denominan matrices bisimétricas . Las matrices bisimétricas son centrosimétricas y persimétricas.
Ver también
Referencias
- ^ Cuerno, Roger A.; Johnson, Charles R. (2012), Matrix Analysis (2ª ed.), Cambridge University Press, pág. 33, ISBN 9781139788885.