Побудова Пелі — це метод побудови матриць Адамара за допомогою скінченного поля. Побудову описав 1933 року англійський математик [en].
Побудова Пелі використовує квадратичні лишки в скінченному полі GF(q), де q є степенем непарного простого числао. Є дві версії побудови, що залежать від того, q порівнянне з 1 чи 3 за модулем 4.
Квадратний характер і матриця Якобсталя
Квадратний показує, чи є елемент a скінченного поля повним квадратом. Зокрема, , якщо для деякого ненульового елемента скінченного поля b, і , якщо a не є квадратом будь-якого елемента скінченного поля. Наприклад, в GF(7) ненульовими квадратами є , і . Отже, і .
Матриця Якобсталя Q для є матрицею з рядками і стовпцями, індексованими елементами скінченного поля, такою, що елемент у рядку a і стовпці b рівний . Наприклад, у GF(7), якщо рядки та стовпці матриці Якобсталя індексовані елементами поля 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, то
Матриця Якобсталя має властивості і , де E — одинична матриця, а J рівна матриці, в якій усі елементи дорівнюють −1. Якщо q порівнянне з 1 (mod 4), то −1 є квадратом у GF(q), звідки випливає, що Q є симетричною матрицею. Якщо q порівнянне з 3 (mod 4), то −1 не є квадратом і Q є кососиметричною матрицею. Якщо q — просте число, Q є циркулянтом. Тобто кожен рядок виходить з рядка вище циклічною перестановкою.
Побудова Пелі I
Якщо q порівнянне з 3 (mod 4), то
є матрицею Адамара розміру . Тут j — вектор-стовпець довжини q, що складається з −1, а E — одинична матриця. Матриця H є косоадамаровою матрицею, це означає, що вона задовольняє рівності .
Побудова Пелі II
Якщо q порівнянне з 1 (mod 4), то матриця, отримана заміною всіх 0 у
на матрицю
- ,
а всіх елементів на матрицю
- ,
є матрицею Адамара розміру . Це симетрична матриця Адамара.
Приклади
Якщо застосувати побудову Пелі I до матриці Якобсталя для GF(7), отримаємо матрицю Адамара,
11111111 -1--1-11 -11--1-1 -111--1- --111--1 -1-111-- --1-111- ---1-111.
Як приклад побудови Пелі II, коли q є степенем простого, а не простим числом, розглянемо GF(9). Це розширення поля GF(3), отримане додаванням кореня незвідного квадратного многочлена. Різні незвідні квадратні многочлени дають еквівалентні поля. Якщо вибрати і корінь a цього многочлена, дев'ять елементів GF(9) можна записати у вигляді . Ненульовими квадратами будуть і . Матриця Якобсталя дорівнює
Це симетрична матриця, що складається з циркулярних блоків. Побудова Пелі II дає симетричну матрицю Адамара,
1- 111111 111111 111111 -- 1-1-1- 1-1-1- 1-1-1- 11 1-1111 ----11 --11-- 1- --1-1- -1-11- -11--1 11 111-11 11---- ----11 1- 1---1- 1--1-1 -1-11- 11 11111- --11-- 11---- 1- 1-1--- -11--1 1--1-1 11 --11-- 1-1111 ----11 1- -11--1 --1-1- -1-11- 11 ----11 111-11 11---- 1- -1-11- 1---1- 1--1-1 11 11---- 11111- --11-- 1- 1--1-1 1-1--- -11--1 11 ----11 --11-- 1-1111 1- -1-11- -11--1 --1-1- 11 11---- ----11 111-11 1- 1--1-1 -1-11- 1---1- 11 --11-- 11---- 11111- 1- -11--1 1--1-1 1-1---.
Гіпотеза Адамара
Розмір матриці Адамара має дорівнювати 1, 2 або бути кратним 4. Добуток Кронекера двох матриць Адамара розмірів m і n буде матрицею Адамара розміру mn. При утворенні добутку Кронекера матриць з побудови Пелі і матриці,
виходять матриці Адамара будь-якого допустимого розміру аж до 100, за винятком 92. У статті 1933 Пелі каже: «Цілком імовірно, що у випадку, коли m ділиться на 4, можна побудувати ортогональну матрицю порядку m, що складається з , але загальна теорема має низку труднощів». Це, мабуть, перша публікація твердження гіпотези Адамара. Матрицю розміру 92, зрештою, побудували Баумерт, Ґоломб і Голл за допомогою побудови Вільямсона, поєднаної з комп'ютерним пошуком. Нині показано, що матриці Адамара існують для всіх для .
Див. також
Примітки
Література
- Paley R.E.A.C. On orthogonal matrices // Journal of Mathematics and Physics. — 1933. — Т. 12 (1 липня). — С. 311–320.
- Baumert L. D., Golomb S. W., Hall M. Jr. Discovery of an Hadamard matrix of order 92 // Bull. Amer. Math. Soc.. — 1962. — Т. 68, вип. 3 (1 липня). — С. 237–238. — DOI: .
- MacWilliams F.J., Sloane N.J.A. The Theory of Error-Correcting Codes. — 1977. — С. 47, 56. — .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Pobudova Peli ce metod pobudovi matric Adamara za dopomogoyu skinchennogo polya Pobudovu opisav 1933 roku anglijskij matematik en Pobudova Peli vikoristovuye kvadratichni lishki v skinchennomu poli GF q de q ye stepenem neparnogo prostogo chislao Ye dvi versiyi pobudovi sho zalezhat vid togo q porivnyanne z 1 chi 3 za modulem 4 Kvadratnij harakter i matricya YakobstalyaKvadratnij x a displaystyle chi a pokazuye chi ye element a skinchennogo polya povnim kvadratom Zokrema x 0 0 x a 1 displaystyle chi 0 0 chi a 1 yaksho a b2 displaystyle a b 2 dlya deyakogo nenulovogo elementa skinchennogo polya b i x a 1 displaystyle chi a 1 yaksho a ne ye kvadratom bud yakogo elementa skinchennogo polya Napriklad v GF 7 nenulovimi kvadratami ye 1 12 62 displaystyle 1 1 2 6 2 4 22 52 displaystyle 4 2 2 5 2 i 2 32 42 displaystyle 2 3 2 4 2 Otzhe x 0 0 x 1 x 2 x 4 1 displaystyle chi 0 0 chi 1 chi 2 chi 4 1 i x 3 x 5 x 6 1 displaystyle chi 3 chi 5 chi 6 1 Matricya Yakobstalya Q dlya GF q displaystyle GF q ye q q displaystyle q times q matriceyu z ryadkami i stovpcyami indeksovanimi elementami skinchennogo polya takoyu sho element u ryadku a i stovpci b rivnij x a b displaystyle chi a b Napriklad u GF 7 yaksho ryadki ta stovpci matrici Yakobstalya indeksovani elementami polya 0 1 2 3 4 5 6 to Q 0 1 11 11110 1 11 11110 1 11 1 1110 1 111 1110 1 1 11 1110 1 1 11 1110 displaystyle Q begin bmatrix 0 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 1 amp 0 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 1 amp 1 amp 0 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 1 amp 1 amp 1 amp 0 amp 1 amp 1 amp 1 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 0 amp 1 amp 1 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 0 amp 1 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 0 end bmatrix Matricya Yakobstalya maye vlastivosti QQT qE J displaystyle QQ T qE J i QJ JQ 0 displaystyle QJ JQ 0 de E q q displaystyle q times q odinichna matricya a J rivna q q displaystyle q times q matrici v yakij usi elementi dorivnyuyut 1 Yaksho q porivnyanne z 1 mod 4 to 1 ye kvadratom u GF q zvidki viplivaye sho Q ye simetrichnoyu matriceyu Yaksho q porivnyanne z 3 mod 4 to 1 ne ye kvadratom i Q ye kososimetrichnoyu matriceyu Yaksho q proste chislo Q ye cirkulyantom Tobto kozhen ryadok vihodit z ryadka vishe ciklichnoyu perestanovkoyu Pobudova Peli IYaksho q porivnyanne z 3 mod 4 to H E 0jT jQ displaystyle H E begin bmatrix 0 amp j T j amp Q end bmatrix ye matriceyu Adamara rozmiru q 1 displaystyle q 1 Tut j vektor stovpec dovzhini q sho skladayetsya z 1 a E q 1 q 1 displaystyle q 1 times q 1 odinichna matricya Matricya H ye kosoadamarovoyu matriceyu ce oznachaye sho vona zadovolnyaye rivnosti H HT 2E displaystyle H H T 2E Pobudova Peli IIYaksho q porivnyanne z 1 mod 4 to matricya otrimana zaminoyu vsih 0 u 0jTjQ displaystyle begin bmatrix 0 amp j T j amp Q end bmatrix na matricyu 1 1 1 1 displaystyle begin bmatrix 1 amp 1 1 amp 1 end bmatrix a vsih elementiv 1 displaystyle pm 1 na matricyu 111 1 displaystyle pm begin bmatrix 1 amp 1 1 amp 1 end bmatrix ye matriceyu Adamara rozmiru 2 q 1 displaystyle 2 q 1 Ce simetrichna matricya Adamara PrikladiYaksho zastosuvati pobudovu Peli I do matrici Yakobstalya dlya GF 7 otrimayemo 8 8 displaystyle 8 times 8 matricyu Adamara 11111111 1 1 11 11 1 1 111 1 111 1 1 111 1 111 1 111 Yak priklad pobudovi Peli II koli q ye stepenem prostogo a ne prostim chislom rozglyanemo GF 9 Ce rozshirennya polya GF 3 otrimane dodavannyam korenya nezvidnogo kvadratnogo mnogochlena Rizni nezvidni kvadratni mnogochleni dayut ekvivalentni polya Yaksho vibrati x2 x 1 displaystyle x 2 x 1 i korin a cogo mnogochlena dev yat elementiv GF 9 mozhna zapisati u viglyadi 0 1 1 a a 1 a 1 a a 1 a 1 displaystyle 0 1 1 a a 1 a 1 a a 1 a 1 Nenulovimi kvadratami budut 1 1 2 a 1 a 2 a 1 a 1 2 displaystyle 1 pm 1 2 a 1 pm a 2 a 1 pm a 1 2 i 1 a 1 2 displaystyle 1 pm a 1 2 Matricya Yakobstalya dorivnyuyeQ 011 1 11 11 11011 1 1 1 11110 11 11 1 1 11 1011 1 11 1 111011 1 11 1 1110 11 1 1 11 11 10111 1 1 1 11101 11 11 1 1110 displaystyle Q begin bmatrix 0 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 1 amp 0 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 1 amp 1 amp 0 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 1 amp 1 amp 1 amp 0 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 0 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 0 amp 1 amp 1 amp 1 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 0 amp 1 amp 1 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 0 amp 1 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 1 amp 0 end bmatrix Ce simetrichna matricya sho skladayetsya z 3 3 displaystyle 3 times 3 cirkulyarnih blokiv Pobudova Peli II daye simetrichnu 20 20 displaystyle 20 times 20 matricyu Adamara 1 111111 111111 111111 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1111 11 11 1 1 1 1 11 11 1 11 111 11 11 11 1 1 1 1 1 1 1 11 11 11111 11 11 1 1 1 11 1 1 1 1 11 11 1 1111 11 1 11 1 1 1 1 11 11 11 111 11 11 1 1 11 1 1 1 1 1 11 11 11111 11 1 1 1 1 1 1 11 1 11 11 11 1 1111 1 1 11 11 1 1 1 11 11 11 111 11 1 1 1 1 1 11 1 1 11 11 11 11111 1 11 1 1 1 1 1 1 Gipoteza AdamaraRozmir matrici Adamara maye dorivnyuvati 1 2 abo buti kratnim 4 Dobutok Kronekera dvoh matric Adamara rozmiriv m i n bude matriceyu Adamara rozmiru mn Pri utvorenni dobutku Kronekera matric z pobudovi Peli i 2 2 displaystyle 2 times 2 matrici H2 111 1 displaystyle H 2 begin bmatrix 1 amp 1 1 amp 1 end bmatrix vihodyat matrici Adamara bud yakogo dopustimogo rozmiru azh do 100 za vinyatkom 92 U statti 1933 Peli kazhe Cilkom imovirno sho u vipadku koli m dilitsya na 4 mozhna pobuduvati ortogonalnu matricyu poryadku m sho skladayetsya z 1 displaystyle pm 1 ale zagalna teorema maye nizku trudnoshiv Ce mabut persha publikaciya tverdzhennya gipotezi Adamara Matricyu rozmiru 92 zreshtoyu pobuduvali Baumert Golomb i Goll za dopomogoyu pobudovi Vilyamsona poyednanoyi z komp yuternim poshukom Nini pokazano sho matrici Adamara isnuyut dlya vsih m 0mod4 displaystyle m equiv 0 mod 4 dlya m lt 668 displaystyle m lt 668 Div takozhGraf PeliPrimitkiLiteraturaPaley R E A C On orthogonal matrices Journal of Mathematics and Physics 1933 T 12 1 lipnya S 311 320 Baumert L D Golomb S W Hall M Jr Discovery of an Hadamard matrix of order 92 Bull Amer Math Soc 1962 T 68 vip 3 1 lipnya S 237 238 DOI 10 1090 S0002 9904 1962 10761 7 MacWilliams F J Sloane N J A The Theory of Error Correcting Codes 1977 S 47 56 ISBN 0 444 85193 3