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Multilinear map

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4333: 3656: 3112: 4328:{\displaystyle {\begin{aligned}g((a,b),(c,d)&,(e,f))=ace\times g({\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{1})+acf\times g({\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{2})\\&+ade\times g({\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{1})+adf\times g({\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{2})+bce\times g({\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{1})+bcf\times g({\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{2})\\&+bde\times g({\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{1})+bdf\times g({\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{2}).\end{aligned}}} 2644: 3107:{\displaystyle \{{\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{1}\},\{{\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{2}\},\{{\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{1}\},\{{\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{2}\},\{{\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{1}\},\{{\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{2}\},\{{\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{1}\},\{{\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{2},{\textbf {e}}_{2}\}.} 43: 6285: 2065: 5805: 3397: 1543: 5503: 5094: 3645: 2523: 5917: 1815: 2355: 5534: 925: 3180: 1350: 6683: 1654: 6542: 1771: 5268: 4722: 4480: 3452: 4411: 1000: 219: 1181: 6280:{\displaystyle D(A)=A_{1,1}A_{1,2}D({\hat {e}}_{1},{\hat {e}}_{1})+A_{1,1}A_{2,2}D({\hat {e}}_{1},{\hat {e}}_{2})+A_{1,2}A_{2,1}D({\hat {e}}_{2},{\hat {e}}_{1})+A_{1,2}A_{2,2}D({\hat {e}}_{2},{\hat {e}}_{2}),\,} 2363: 4877: 1269: 5901: 753: 2144: 5240: 2060:{\displaystyle f({\textbf {v}}_{1},\ldots ,{\textbf {v}}_{n})=\sum _{j_{1}=1}^{d_{1}}\cdots \sum _{j_{n}=1}^{d_{n}}\sum _{k=1}^{d}A_{j_{1}\cdots j_{n}}^{k}v_{1j_{1}}\cdots v_{nj_{n}}{\textbf {b}}_{k}.} 2202: 459: 6823: 5800:{\displaystyle D(A)=\sum _{1\leq k_{1}\leq n}\ldots \sum _{1\leq k_{i}\leq n}\ldots \sum _{1\leq k_{n}\leq n}A(1,k_{1})A(2,k_{2})\dots A(n,k_{n})D({\hat {e}}_{k_{1}},\dots ,{\hat {e}}_{k_{n}}).} 4530: 3661: 3172: 4866: 3444: 306: 1342: 4580: 268: 2576: 685: 6396: 6342: 3392:{\displaystyle {\textbf {v}}_{i}=\sum _{j=1}^{2}v_{ij}{\textbf {e}}_{ij}=v_{i1}\times {\textbf {e}}_{1}+v_{i2}\times {\textbf {e}}_{2}=v_{i1}\times (1,0)+v_{i2}\times (0,1).} 1807: 848: 5133: 1538:{\displaystyle f({\textbf {e}}_{1j_{1}},\ldots ,{\textbf {e}}_{nj_{n}})=A_{j_{1}\cdots j_{n}}^{1}\,{\textbf {b}}_{1}+\cdots +A_{j_{1}\cdots j_{n}}^{d}\,{\textbf {b}}_{d}.} 652: 2609: 1209: 1063: 1035: 6718: 2636: 525: 490: 385: 1675: 1290: 1105: 1084: 6416: 4620: 4600: 843: 820: 800: 780: 556: 358: 326: 6547: 1551: 6421: 5498:{\displaystyle D(A)=D\left(\sum _{j=1}^{n}A(1,j){\hat {e}}_{j},a_{2},\ldots ,a_{n}\right)=\sum _{j=1}^{n}A(1,j)D({\hat {e}}_{j},a_{2},\ldots ,a_{n}).} 1683: 4628: 3640:{\displaystyle g({\textbf {v}}_{1},{\textbf {v}}_{2},{\textbf {v}}_{3})=\sum _{i=1}^{2}\sum _{j=1}^{2}\sum _{k=1}^{2}A_{ijk}v_{1i}v_{2j}v_{3k},} 4422: 6899: 2518:{\displaystyle g({\textbf {e}}_{1i},{\textbf {e}}_{2j},{\textbf {e}}_{3k})=f({\textbf {e}}_{i},{\textbf {e}}_{j},{\textbf {e}}_{k})=A_{ijk},} 4353: 942: 161: 1113: 5089:{\displaystyle D(a_{1},\ldots ,ca_{i}+a_{i}',\ldots ,a_{n})=cD(a_{1},\ldots ,a_{i},\ldots ,a_{n})+D(a_{1},\ldots ,a_{i}',\ldots ,a_{n}).} 1214: 126: 5828: 708: 2081: 60: 5154: 2350:{\displaystyle \{{\textbf {e}}_{i1},\ldots ,{\textbf {e}}_{id_{i}}\}=\{{\textbf {e}}_{1},{\textbf {e}}_{2}\}=\{(1,0),(0,1)\}.} 107: 2611:
is a function value at one of the eight possible triples of basis vectors (since there are two choices for each of the three
64: 79: 390: 31: 6726: 4488: 6920: 86: 3120: 4798: 500:
likewise scales by a factor of two. If both are scaled by a factor of 2, the cross product scales by a factor of
93: 3405: 273: 1295: 612: 75: 53: 6854: 4344: 1108: 148: 4539: 227: 920:{\displaystyle D^{k}\!F\colon \mathbb {R} ^{m}\times \cdots \times \mathbb {R} ^{m}\to \mathbb {R} ^{n}} 2531: 661: 6859: 6347: 6293: 1779: 333: 5102: 608: 582: 496:
vectors; if one of these vectors is scaled by a factor of 2 while the other remains unchanged, the
635: 1006: 823: 604: 589: 6895: 6887: 2581: 1186: 1040: 1012: 100: 6849: 6688: 4751: 695: 578: 574: 337: 4757:
with identity, as a function of the rows (or equivalently the columns) of the matrix. Let
2614: 503: 468: 363: 756: 597: 462: 1659: 1274: 1089: 1068: 6894:. Graduate Texts in Mathematics. Vol. 211 (3rd ed.). Springer. pp. 511–. 6678:{\displaystyle D({\hat {e}}_{2},{\hat {e}}_{1})=-D({\hat {e}}_{1},{\hat {e}}_{2})=-D(I)} 6844: 6401: 4605: 4585: 4533: 828: 805: 785: 765: 541: 343: 311: 140: 6914: 1649:{\displaystyle \{A_{j_{1}\cdots j_{n}}^{k}\mid 1\leq j_{i}\leq d_{i},1\leq k\leq d\}} 699: 655: 629: 593: 497: 17: 6537:{\displaystyle D({\hat {e}}_{1},{\hat {e}}_{1})=D({\hat {e}}_{2},{\hat {e}}_{2})=0} 625: 535: 329: 691: 42: 1766:{\displaystyle {\textbf {v}}_{i}=\sum _{j=1}^{d_{i}}v_{ij}{\textbf {e}}_{ij}\!} 6883: 581:. Multilinear maps and multilinear forms are fundamental objects of study in 531: 493: 155:
separately in each variable. More precisely, a multilinear map is a function
152: 6834:
A multilinear map has a value of zero whenever one of its arguments is zero.
4717:{\displaystyle f(v_{1},\ldots ,v_{n})=F(v_{1}\otimes \cdots \otimes v_{n}).} 570: 4475:{\displaystyle F\colon V_{1}\otimes \cdots \otimes V_{n}\to W{\text{,}}} 4406:{\displaystyle f\colon V_{1}\times \cdots \times V_{n}\to W{\text{,}}} 995:{\displaystyle f\colon V_{1}\times \cdots \times V_{n}\to W{\text{,}}} 214:{\displaystyle f\colon V_{1}\times \cdots \times V_{n}\to W{\text{,}}} 6864: 1292:(using bold for vectors), then we can define a collection of scalars 1176:{\displaystyle \{{\textbf {e}}_{i1},\ldots ,{\textbf {e}}_{id_{i}}\}} 27:
Vector-valued function of multiple vectors, linear in each argument
3402:
The function value at an arbitrary collection of three vectors
1264:{\displaystyle \{{\textbf {b}}_{1},\ldots ,{\textbf {b}}_{d}\}} 3174:
can be expressed as a linear combination of the basis vectors
36: 5896:{\displaystyle {\hat {e}}_{k_{1}},\dots ,{\hat {e}}_{k_{n}}} 748:{\displaystyle F\colon \mathbb {R} ^{m}\to \mathbb {R} ^{n}} 588:
If all variables belong to the same space, one can consider
2139:{\displaystyle g\colon R^{2}\times R^{2}\times R^{2}\to R,} 5235:{\displaystyle a_{i}=\sum _{j=1}^{n}A(i,j){\hat {e}}_{j}.} 6720:, we get the determinant function on 2×2 matrices: 603:-linear maps. The latter two coincide if the underlying 5139:
th row of the identity matrix, we can express each row
6729: 6691: 6550: 6424: 6404: 6350: 6296: 5920: 5831: 5537: 5271: 5157: 5105: 4880: 4801: 4631: 4608: 4588: 4542: 4491: 4425: 4356: 3659: 3455: 3408: 3183: 3123: 2647: 2617: 2584: 2534: 2366: 2205: 2084: 1818: 1782: 1686: 1662: 1554: 1353: 1298: 1277: 1217: 1189: 1116: 1092: 1071: 1043: 1015: 945: 851: 831: 808: 788: 768: 711: 664: 638: 544: 506: 471: 393: 366: 346: 314: 276: 230: 164: 454:{\displaystyle f(v_{1},\ldots ,v_{i},\ldots ,v_{n})} 6818:{\displaystyle D(A)=A_{1,1}A_{2,2}-A_{1,2}A_{2,1}.} 4525:{\displaystyle V_{1}\otimes \cdots \otimes V_{n}\!} 4347:one-to-one correspondence between multilinear maps 698:multilinear function of the columns (or rows) of a 67:. Unsourced material may be challenged and removed. 6817: 6712: 6677: 6536: 6410: 6390: 6336: 6279: 5895: 5799: 5497: 5234: 5127: 5088: 4860: 4716: 4614: 4594: 4574: 4524: 4474: 4405: 4327: 3639: 3438: 3391: 3166: 3106: 2630: 2603: 2570: 2517: 2349: 2138: 2059: 1801: 1765: 1669: 1648: 1537: 1336: 1284: 1263: 1203: 1175: 1099: 1078: 1057: 1029: 994: 919: 837: 814: 794: 774: 747: 679: 646: 615:different from two, else the former two coincide. 550: 519: 484: 453: 379: 352: 320: 300: 262: 213: 4521: 1798: 1762: 1666: 1281: 1200: 1096: 1075: 1054: 1026: 862: 6888:"XIII. Matrices and Linear Maps §S Determinants" 3167:{\displaystyle {\textbf {v}}_{i}\in V_{i}=R^{2}} 538:. More generally, for any nonnegative integer 30:For multilinear maps used in cryptography, see 4740:One can consider multilinear functions, on an 1656:completely determine the multilinear function 654:-vector space is a multilinear map, as is the 492:. One way to visualize this is to imagine two 8: 4861:{\displaystyle D(A)=D(a_{1},\ldots ,a_{n}),} 3098: 3047: 3041: 2990: 2984: 2933: 2927: 2876: 2870: 2819: 2813: 2762: 2756: 2705: 2699: 2648: 2565: 2553: 2341: 2305: 2299: 2265: 2259: 2206: 1643: 1555: 1258: 1218: 1170: 1117: 3439:{\displaystyle {\textbf {v}}_{i}\in R^{2}} 301:{\displaystyle n\in \mathbb {Z} _{\geq 0}} 6800: 6784: 6765: 6749: 6728: 6690: 6648: 6637: 6636: 6626: 6615: 6614: 6592: 6581: 6580: 6570: 6559: 6558: 6549: 6519: 6508: 6507: 6497: 6486: 6485: 6466: 6455: 6454: 6444: 6433: 6432: 6423: 6403: 6364: 6353: 6352: 6349: 6310: 6299: 6298: 6295: 6276: 6264: 6253: 6252: 6242: 6231: 6230: 6211: 6195: 6179: 6168: 6167: 6157: 6146: 6145: 6126: 6110: 6094: 6083: 6082: 6072: 6061: 6060: 6041: 6025: 6009: 5998: 5997: 5987: 5976: 5975: 5956: 5940: 5919: 5911:In the case of 2×2 matrices, we get 5885: 5880: 5869: 5868: 5850: 5845: 5834: 5833: 5830: 5783: 5778: 5767: 5766: 5748: 5743: 5732: 5731: 5715: 5687: 5662: 5632: 5621: 5600: 5589: 5568: 5557: 5536: 5483: 5464: 5451: 5440: 5439: 5408: 5397: 5379: 5360: 5347: 5336: 5335: 5310: 5299: 5270: 5223: 5212: 5211: 5186: 5175: 5162: 5156: 5119: 5108: 5107: 5104: 5074: 5052: 5033: 5011: 4992: 4973: 4948: 4926: 4913: 4891: 4879: 4846: 4827: 4800: 4702: 4683: 4661: 4642: 4630: 4607: 4587: 4566: 4547: 4541: 4515: 4496: 4490: 4467: 4455: 4436: 4424: 4398: 4386: 4367: 4355: 4309: 4303: 4302: 4292: 4286: 4285: 4275: 4269: 4268: 4237: 4231: 4230: 4220: 4214: 4213: 4203: 4197: 4196: 4158: 4152: 4151: 4141: 4135: 4134: 4124: 4118: 4117: 4086: 4080: 4079: 4069: 4063: 4062: 4052: 4046: 4045: 4014: 4008: 4007: 3997: 3991: 3990: 3980: 3974: 3973: 3942: 3936: 3935: 3925: 3919: 3918: 3908: 3902: 3901: 3863: 3857: 3856: 3846: 3840: 3839: 3829: 3823: 3822: 3791: 3785: 3784: 3774: 3768: 3767: 3757: 3751: 3750: 3660: 3658: 3625: 3612: 3599: 3583: 3573: 3562: 3552: 3541: 3531: 3520: 3504: 3498: 3497: 3487: 3481: 3480: 3470: 3464: 3463: 3454: 3430: 3417: 3411: 3410: 3407: 3359: 3325: 3312: 3306: 3305: 3292: 3279: 3273: 3272: 3259: 3243: 3237: 3236: 3226: 3216: 3205: 3192: 3186: 3185: 3182: 3158: 3145: 3132: 3126: 3125: 3122: 3092: 3086: 3085: 3075: 3069: 3068: 3058: 3052: 3051: 3035: 3029: 3028: 3018: 3012: 3011: 3001: 2995: 2994: 2978: 2972: 2971: 2961: 2955: 2954: 2944: 2938: 2937: 2921: 2915: 2914: 2904: 2898: 2897: 2887: 2881: 2880: 2864: 2858: 2857: 2847: 2841: 2840: 2830: 2824: 2823: 2807: 2801: 2800: 2790: 2784: 2783: 2773: 2767: 2766: 2750: 2744: 2743: 2733: 2727: 2726: 2716: 2710: 2709: 2693: 2687: 2686: 2676: 2670: 2669: 2659: 2653: 2652: 2646: 2622: 2616: 2589: 2583: 2533: 2500: 2484: 2478: 2477: 2467: 2461: 2460: 2450: 2444: 2443: 2421: 2415: 2414: 2401: 2395: 2394: 2381: 2375: 2374: 2365: 2293: 2287: 2286: 2276: 2270: 2269: 2251: 2243: 2237: 2236: 2217: 2211: 2210: 2204: 2121: 2108: 2095: 2083: 2048: 2042: 2041: 2032: 2024: 2009: 2001: 1991: 1984: 1971: 1966: 1956: 1945: 1933: 1928: 1915: 1910: 1895: 1890: 1877: 1872: 1856: 1850: 1849: 1833: 1827: 1826: 1817: 1781: 1753: 1747: 1746: 1736: 1724: 1719: 1708: 1695: 1689: 1688: 1685: 1661: 1619: 1606: 1587: 1580: 1567: 1562: 1553: 1526: 1520: 1519: 1517: 1511: 1504: 1491: 1486: 1467: 1461: 1460: 1458: 1452: 1445: 1432: 1427: 1409: 1401: 1395: 1394: 1376: 1368: 1362: 1361: 1352: 1337:{\displaystyle A_{j_{1}\cdots j_{n}}^{k}} 1328: 1321: 1308: 1303: 1297: 1276: 1252: 1246: 1245: 1229: 1223: 1222: 1216: 1194: 1188: 1162: 1154: 1148: 1147: 1128: 1122: 1121: 1115: 1091: 1070: 1048: 1042: 1020: 1014: 987: 975: 956: 944: 911: 907: 906: 896: 892: 891: 875: 871: 870: 856: 850: 830: 807: 787: 767: 739: 735: 734: 724: 720: 719: 710: 671: 667: 666: 663: 640: 639: 637: 543: 511: 505: 476: 470: 442: 423: 404: 392: 371: 365: 345: 340:), with the following property: for each 313: 289: 285: 284: 275: 254: 235: 229: 206: 194: 175: 163: 127:Learn how and when to remove this message 628:is a multilinear map. For example, any 6875: 530:A multilinear map of one variable is a 5508:Continuing this substitution for each 4582:. The relation between the functions 7: 6418:to be an alternating function, then 65:adding citations to reliable sources 4575:{\displaystyle V_{1},\ldots ,V_{n}} 4304: 4287: 4270: 4232: 4215: 4198: 4153: 4136: 4119: 4081: 4064: 4047: 4009: 3992: 3975: 3937: 3920: 3903: 3858: 3841: 3824: 3786: 3769: 3752: 3499: 3482: 3465: 3412: 3307: 3274: 3238: 3187: 3127: 3087: 3070: 3053: 3030: 3013: 2996: 2973: 2956: 2939: 2916: 2899: 2882: 2859: 2842: 2825: 2802: 2785: 2768: 2745: 2728: 2711: 2688: 2671: 2654: 2479: 2462: 2445: 2416: 2396: 2376: 2288: 2271: 2238: 2212: 2043: 1851: 1828: 1748: 1690: 1521: 1462: 1396: 1363: 1247: 1224: 1149: 1123: 263:{\displaystyle V_{1},\ldots ,V_{n}} 25: 4786:. Then the multilinear function 822:in its domain can be viewed as a 2571:{\displaystyle i,j,k\in \{1,2\}} 2075:Let's take a trilinear function 680:{\displaystyle \mathbb {R} ^{3}} 41: 6391:{\displaystyle {\hat {e}}_{2}=} 6337:{\displaystyle {\hat {e}}_{1}=} 2578:. In other words, the constant 1802:{\displaystyle 1\leq i\leq n\!} 52:needs additional citations for 6739: 6733: 6701: 6695: 6672: 6666: 6654: 6642: 6620: 6610: 6598: 6586: 6564: 6554: 6525: 6513: 6491: 6481: 6472: 6460: 6438: 6428: 6385: 6373: 6358: 6331: 6319: 6304: 6270: 6258: 6236: 6226: 6185: 6173: 6151: 6141: 6100: 6088: 6066: 6056: 6015: 6003: 5981: 5971: 5930: 5924: 5874: 5839: 5821:is uniquely determined by how 5791: 5772: 5737: 5727: 5721: 5702: 5693: 5674: 5668: 5649: 5547: 5541: 5489: 5445: 5435: 5429: 5417: 5341: 5331: 5319: 5281: 5275: 5217: 5207: 5195: 5128:{\displaystyle {\hat {e}}_{j}} 5113: 5080: 5026: 5017: 4966: 4954: 4884: 4852: 4820: 4811: 4805: 4708: 4676: 4667: 4635: 4461: 4392: 4315: 4264: 4243: 4192: 4164: 4113: 4092: 4041: 4020: 3969: 3948: 3897: 3869: 3818: 3797: 3746: 3725: 3722: 3710: 3700: 3688: 3682: 3670: 3667: 3510: 3459: 3383: 3371: 3349: 3337: 2490: 2439: 2430: 2370: 2338: 2326: 2320: 2308: 2127: 1862: 1822: 1417: 1357: 981: 902: 730: 448: 397: 360:, if all of the variables but 200: 1: 1005:be a multilinear map between 151:of several variables that is 32:Cryptographic multilinear map 5245:Using the multilinearity of 647:{\displaystyle \mathbb {R} } 573:of a multilinear map is the 534:, and of two variables is a 4339:Relation to tensor products 6937: 29: 4728:Multilinear functions on 932:Coordinate representation 4622:is given by the formula 387:are held constant, then 3650:or in expanded form as 2604:{\displaystyle A_{ijk}} 1204:{\displaystyle V_{i}\!} 1058:{\displaystyle d_{i}\!} 1030:{\displaystyle V_{i}\!} 558:, a multilinear map of 6855:Homogeneous polynomial 6819: 6714: 6713:{\displaystyle D(I)=1} 6679: 6538: 6412: 6392: 6338: 6281: 5897: 5801: 5499: 5413: 5315: 5236: 5191: 5129: 5090: 4862: 4718: 4616: 4596: 4576: 4526: 4476: 4407: 4329: 3641: 3578: 3557: 3536: 3440: 3393: 3221: 3168: 3108: 2632: 2605: 2572: 2519: 2351: 2140: 2061: 1961: 1940: 1902: 1803: 1767: 1731: 1671: 1650: 1539: 1338: 1286: 1265: 1205: 1177: 1101: 1080: 1059: 1031: 996: 921: 839: 816: 796: 776: 749: 681: 648: 562:variables is called a 552: 521: 486: 455: 381: 354: 322: 302: 264: 215: 6820: 6715: 6680: 6539: 6413: 6393: 6339: 6282: 5898: 5802: 5500: 5393: 5295: 5237: 5171: 5130: 5091: 4863: 4763:be such a matrix and 4719: 4617: 4597: 4577: 4527: 4477: 4408: 4330: 3642: 3558: 3537: 3516: 3441: 3394: 3201: 3169: 3109: 2633: 2631:{\displaystyle V_{i}} 2606: 2573: 2520: 2352: 2141: 2062: 1941: 1906: 1868: 1804: 1768: 1704: 1677:. 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