Bun, acum am inteles si eu in ce enunt si directie merge solutia folosind Cayley-Hamilton.
Problema este:
Fie A,B doua matrici 2x2
de aceeasi urma.
Sa se arate relatia:
A(A-B)B = B(A-B)A .
Solutie:
Notam cu t urma comuna, t = Trace(A) = Treace(B) .
Notam cu c,d cei doi determinanti:
c = det(A), d = det(B) .
Folosind Cayley-Hamilton putem scrie:
AA - tA + cI = 0 .
Notez comutatorul a doua matrici X,Y cu [X,Y] = XY-YX .
In particular, deoarece B comuta cu 0 si I, dam de
0 = [0,B] = [ AA-tA+cI , B ] = [AA,B] - t [A,B] .
Analogia este
0 = [A,0] = [A, BB-tB+dI ] = [BB,A] - t [B,A] .
Adunam ca sa putem folosi [A,B]+[B,A]= 0 si dam de
AAB - BAA = [AA,B] = -[BB,A] = [A,BB] = ABB - BBA .
Deci
AAB - BAA = ABB - BBA <=>
AAB - ABB = BAA - BBA <=>
A(A-B)B = B(A-B)A .
Nota: Este esential sa insistam ca urma sa coincida!
Relatia ceruta o putem scrie sub forma [A-B,[A,B]] = 0 .
Urma matricii din stanga relatiei este nula.
Ca sa asiguram anularea, trebuie sa asiguram echivalent determinant nul pe partea stanga.
Computerul calculeaza acum...
sage: var('a,b,c,d,x,y,z,t')
(a, b, c, d, x, y, z, t)
sage: A = matrix(2,2,[a,b,c,d])
sage: B = matrix(2,2,[x,y,z,t])
sage: det( A*(A-B)*B-B*(A-B)*A ).factor()
(a + d - t - x)^2
*
(a^2*y*z + a*b*t*z - a*b*x*z + a*c*t*y - a*c*x*y - 2*a*d*y*z - b^2*z^2 + b*c*t^2 - 2*b*c*t*x + b*c*x^2 + 2*b*c*y*z - b*d*t*z + b*d*x*z - c^2*y^2 - c*d*t*y + c*d*x*y + d^2*y*z)
sage: