エルミート形式の共役線型性 | 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,スカラー倍,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 $\alpha\in\mathbb{C}$,$x\in V$ に対して,
\begin{align*}
\alpha x\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 $\alpha\in\mathbb{C}$,$x,\ y\in V$ に対して,
\begin{align*}
\langle x,\ \alpha y\rangle =\alpha\langle x,\ y\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 $\alpha\in\mathbb{C}$,$x,\ y\in V$ に対して,
\begin{align*}
\langle \alpha x,\ y\rangle =\overline{\alpha}\langle x,\ y\rangle.
\end{align*}

\bigskip

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

\end{document}