エルミート形式の線型性(和) | かじきよし

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\usepackage{amssymb}

\pagestyle{empty}

\begin{document}

$\mathbb{C}:=\{ z\ |\ z \text{は複素数}\}$.

集合 $V$ において,加法 $+$,エルミート形式 $\langle\ ,\ \rangle$ が定義されると,次が成り立つ:
\begin{itemize}
\item
 任意の $x,\ y\in V$ に対して,
\begin{align*}
x+y\in V.
\end{align*}
\item
 任意の $x,\ y\in V$ に対して,
\begin{align*}
\langle x,\ y\rangle\in\mathbb{C}.
\end{align*}
\item
 任意の $x,\ y,\ z\in V$ に対して,
\begin{align*}
\langle x,\ y+z\rangle =\langle x,\ y\rangle +\langle x,\ z\rangle. \tag{1}
\end{align*}
\item
 任意の $x,\ y\in V$ に対して,
\begin{align*}
\langle x,\ y\rangle =\overline{\langle y,\ x\rangle}. \tag{2}
\end{align*}
\end{itemize}

\bigskip

このとき,任意の $x,\ y,\ z\in V$ に対して,
\begin{align*}
\langle x+y,\ z\rangle =\langle x,\ z\rangle +\langle y,\ z\rangle.
\end{align*}

\bigskip

\noindent
(証明)
\begin{align*}
\langle x+y,\ z\rangle
&= \overline{\langle z,\ x+y\rangle}\qquad(\because (2)) \\
&= \overline{\langle z,\ x\rangle+\langle z,\ y\rangle}\qquad(\because (1)) \\
&= \overline{\langle z,\ x\rangle}+\overline{\langle z,\ y\rangle} \\
&= \langle x,\ z\rangle+\langle y,\ z\rangle.\qquad(\because (2))
\end{align*}

\end{document}