感想:宮澤 篤(慶應義塾大学 理工学部情報工学科)

初めから対称行列と直交行列しか相手にしない。固有ベクトルは直交していて
対角化は常に可能だから、ジョルダン標準形の( 不毛な?)議論は丸ごと無視
できて、応用上はそれより重要な、特異値や一般逆行列の話題に舵を切ってい
ける……

今まで(線形代数としては)読んだことのない、愉快痛快な展開で、数学がご
専門の先生方には、失礼ながらまず出来ない割り切り方かと存じます(私の友
人は「先生の著書には毎日お世話になっていて、その展開は完全に想定内です」
とおっしゃっていました)。

たとえ対称行列から、行列のクラスを少し広げたとしても、固有値に重根がな
ければ対角化は可能なので、ジョルダンブロックはそも そも考える必要がな
い……理屈の上からもほぼ問題はないということでしょうか。

すでに線形代数マスターを自負される方は、あとがきにアクセスして二度びっ
くり。ここのエピソードで、目の前がさらに明るさを増した気がいたします。

著者コメント:

宮澤さま.

私は最近,こう考えています.歴史的には線形代数の分野は二つの異質の世界
からなっていました.一つ(仮に世界Sと呼びましょう)は齋藤(東大学出版会
1966)に書かれている世界で,起源は連立1次方程式の解法にあり,ガウスらに
よって行列式,ランク,線形独立性,逆行列,などの概念が生まれ,抽象化さ
れてきました(その最たるものはジョルダンの標準形).

もう一つ(仮に世界Pと呼びましょう)は物理学や工学の世界で,その中心はエ
ネルギーという概念です.これは対称行列を係数とする2次形式の解析となり,
主値,主軸という概念が生まれました.この世界で考える行列はすべて対称行
列で,伝統的に「テンソル」と呼ばれてきました.物理世界が対象なので,行
列(すなわちテンソル)の固有値(すなわち主値)はすべて実数で,固有ベク
トル(すなわち主軸)は互いに直交しています(その量子力学向けの拡張はエ
ルミート,ユニタリの世界).

現代の線形代数はこの二つの世界が並存していて,しばしば混乱が生じて,大
学の教育に一貫性がなく,妙な誤りが起きたりすると甘利先生も嘆かれたこと
があります.

しかし,最近,この二つの世界が統合されたようで,その要は特異値分解です.
世界Pでは固有値や固有ベクトルを考えるのはすべて対称行列ですが,世界Sで
考える一般の(長方)行列Aも,AA^{T}やA^{T}Aは対称行列です.したがって,
実数(しかも非負)の固有値や固有ベクトルが存在します.その固有値や固有
ベクトル(すなわち,特異値,特異ベクトル)を使って(長方)行列Aを解析す
れば(すなわち特異値分解を用いれば),「実数世界で起こる」ほとんどすべ
ての結果が得られます.したがって,深淵なジョルダンの標準形など考える必
要がなくなります.

このように,二つの世界を統合するのが特異値分解なのに,線形代数を支える
齋藤(東大学出版会 1966)に特異値分解が書かれていないことが,その重大な
欠陥だと思えます.これが,いまだに数学者と物理・工学者の溝が埋まらない
原因の一つではないでしょうか.計算機の出現で情報処理の世界がどんどん進
化しているのに,数学の世界は孤立しているように見えます.

本書がもっと数学者に注目されることを期待しています.