]> gitweb.michael.orlitzky.com - sage.d.git/blobdiff - mjo/eja/eja_algebra.py
eja: split "check" args into check_field and check_axioms.
[sage.d.git] / mjo / eja / eja_algebra.py
index cea1476f1eef34df7db63a231c9b1ff54efe5224..26fe1929be872b393fe41926eeda801dbd0a9436 100644 (file)
@@ -5,7 +5,7 @@ are used in optimization, and have some additional nice methods beyond
 what can be supported in a general Jordan Algebra.
 """
 
-from itertools import izip, repeat
+from itertools import repeat
 
 from sage.algebras.quatalg.quaternion_algebra import QuaternionAlgebra
 from sage.categories.magmatic_algebras import MagmaticAlgebras
@@ -13,39 +13,59 @@ from sage.combinat.free_module import CombinatorialFreeModule
 from sage.matrix.constructor import matrix
 from sage.matrix.matrix_space import MatrixSpace
 from sage.misc.cachefunc import cached_method
+from sage.misc.lazy_import import lazy_import
 from sage.misc.prandom import choice
 from sage.misc.table import table
 from sage.modules.free_module import FreeModule, VectorSpace
-from sage.rings.integer_ring import ZZ
-from sage.rings.number_field.number_field import NumberField, QuadraticField
-from sage.rings.polynomial.polynomial_ring_constructor import PolynomialRing
-from sage.rings.rational_field import QQ
-from sage.rings.real_lazy import CLF, RLF
-from sage.structure.element import is_Matrix
-
+from sage.rings.all import (ZZ, QQ, AA, QQbar, RR, RLF, CLF,
+                            PolynomialRing,
+                            QuadraticField)
 from mjo.eja.eja_element import FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebraElement
+lazy_import('mjo.eja.eja_subalgebra',
+            'FiniteDimensionalEuclideanJordanSubalgebra')
 from mjo.eja.eja_utils import _mat2vec
 
 class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
-    # This is an ugly hack needed to prevent the category framework
-    # from implementing a coercion from our base ring (e.g. the
-    # rationals) into the algebra. First of all -- such a coercion is
-    # nonsense to begin with. But more importantly, it tries to do so
-    # in the category of rings, and since our algebras aren't
-    # associative they generally won't be rings.
-    _no_generic_basering_coercion = True
+
+    def _coerce_map_from_base_ring(self):
+        """
+        Disable the map from the base ring into the algebra.
+
+        Performing a nonsense conversion like this automatically
+        is counterpedagogical. The fallback is to try the usual
+        element constructor, which should also fail.
+
+        SETUP::
+
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import random_eja
+
+        TESTS::
+
+            sage: set_random_seed()
+            sage: J = random_eja()
+            sage: J(1)
+            Traceback (most recent call last):
+            ...
+            ValueError: not a naturally-represented algebra element
+
+        """
+        return None
 
     def __init__(self,
                  field,
                  mult_table,
-                 rank,
                  prefix='e',
                  category=None,
-                 natural_basis=None):
+                 natural_basis=None,
+                 check_field=True,
+                 check_axioms=True):
         """
         SETUP::
 
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import random_eja
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (
+            ....:   FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra,
+            ....:   JordanSpinEJA,
+            ....:   random_eja)
 
         EXAMPLES:
 
@@ -57,8 +77,36 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             sage: x*y == y*x
             True
 
+        TESTS:
+
+        The ``field`` we're given must be real with ``check_field=True``::
+
+            sage: JordanSpinEJA(2,QQbar)
+            Traceback (most recent call last):
+            ...
+            ValueError: scalar field is not real
+
+        The multiplication table must be square with ``check_axioms=True``::
+
+            sage: FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(QQ,((),()))
+            Traceback (most recent call last):
+            ...
+            ValueError: multiplication table is not square
+
         """
-        self._rank = rank
+        if check_field:
+            if not field.is_subring(RR):
+                # Note: this does return true for the real algebraic
+                # field, the rationals, and any quadratic field where
+                # we've specified a real embedding.
+                raise ValueError("scalar field is not real")
+
+        # The multiplication table had better be square
+        n = len(mult_table)
+        if check_axioms:
+            if not all( len(l) == n for l in mult_table ):
+                raise ValueError("multiplication table is not square")
+
         self._natural_basis = natural_basis
 
         if category is None:
@@ -67,7 +115,7 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
 
         fda = super(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, self)
         fda.__init__(field,
-                     range(len(mult_table)),
+                     range(n),
                      prefix=prefix,
                      category=category)
         self.print_options(bracket='')
@@ -78,9 +126,18 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
         # long run to have the multiplication table be in terms of
         # algebra elements. We do this after calling the superclass
         # constructor so that from_vector() knows what to do.
-        self._multiplication_table = [ map(lambda x: self.from_vector(x), ls)
-                                       for ls in mult_table ]
-
+        self._multiplication_table = [
+            list(map(lambda x: self.from_vector(x), ls))
+            for ls in mult_table
+        ]
+
+        if check_axioms:
+            if not self._is_commutative():
+                raise ValueError("algebra is not commutative")
+            if not self._is_jordanian():
+                raise ValueError("Jordan identity does not hold")
+            if not self._inner_product_is_associative():
+                raise ValueError("inner product is not associative")
 
     def _element_constructor_(self, elt):
         """
@@ -93,7 +150,7 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
         SETUP::
 
             sage: from mjo.eja.eja_algebra import (JordanSpinEJA,
-            ....:                                  RealCartesianProductEJA,
+            ....:                                  HadamardEJA,
             ....:                                  RealSymmetricEJA)
 
         EXAMPLES:
@@ -121,7 +178,7 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
         vector representations) back and forth faithfully::
 
             sage: set_random_seed()
-            sage: J = RealCartesianProductEJA.random_instance()
+            sage: J = HadamardEJA.random_instance()
             sage: x = J.random_element()
             sage: J(x.to_vector().column()) == x
             True
@@ -131,15 +188,22 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             True
 
         """
+        msg = "not a naturally-represented algebra element"
         if elt == 0:
             # The superclass implementation of random_element()
             # needs to be able to coerce "0" into the algebra.
             return self.zero()
+        elif elt in self.base_ring():
+            # Ensure that no base ring -> algebra coercion is performed
+            # by this method. There's some stupidity in sage that would
+            # otherwise propagate to this method; for example, sage thinks
+            # that the integer 3 belongs to the space of 2-by-2 matrices.
+            raise ValueError(msg)
 
         natural_basis = self.natural_basis()
         basis_space = natural_basis[0].matrix_space()
         if elt not in basis_space:
-            raise ValueError("not a naturally-represented algebra element")
+            raise ValueError(msg)
 
         # Thanks for nothing! Matrix spaces aren't vector spaces in
         # Sage, so we have to figure out its natural-basis coordinates
@@ -152,7 +216,6 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
         coords =  W.coordinate_vector(_mat2vec(elt))
         return self.from_vector(coords)
 
-
     @staticmethod
     def _max_test_case_size():
         """
@@ -172,7 +235,6 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
         """
         return 5
 
-
     def _repr_(self):
         """
         Return a string representation of ``self``.
@@ -185,8 +247,8 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
 
         Ensure that it says what we think it says::
 
-            sage: JordanSpinEJA(2, field=QQ)
-            Euclidean Jordan algebra of dimension 2 over Rational Field
+            sage: JordanSpinEJA(2, field=AA)
+            Euclidean Jordan algebra of dimension 2 over Algebraic Real Field
             sage: JordanSpinEJA(3, field=RDF)
             Euclidean Jordan algebra of dimension 3 over Real Double Field
 
@@ -197,165 +259,74 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
     def product_on_basis(self, i, j):
         return self._multiplication_table[i][j]
 
-    def _a_regular_element(self):
-        """
-        Guess a regular element. Needed to compute the basis for our
-        characteristic polynomial coefficients.
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import random_eja
-
-        TESTS:
-
-        Ensure that this hacky method succeeds for every algebra that we
-        know how to construct::
-
-            sage: set_random_seed()
-            sage: J = random_eja()
-            sage: J._a_regular_element().is_regular()
-            True
-
-        """
-        gs = self.gens()
-        z = self.sum( (i+1)*gs[i] for i in range(len(gs)) )
-        if not z.is_regular():
-            raise ValueError("don't know a regular element")
-        return z
-
-
-    @cached_method
-    def _charpoly_basis_space(self):
-        """
-        Return the vector space spanned by the basis used in our
-        characteristic polynomial coefficients. This is used not only to
-        compute those coefficients, but also any time we need to
-        evaluate the coefficients (like when we compute the trace or
-        determinant).
-        """
-        z = self._a_regular_element()
-        # Don't use the parent vector space directly here in case this
-        # happens to be a subalgebra. In that case, we would be e.g.
-        # two-dimensional but span_of_basis() would expect three
-        # coordinates.
-        V = VectorSpace(self.base_ring(), self.vector_space().dimension())
-        basis = [ (z**k).to_vector() for k in range(self.rank()) ]
-        V1 = V.span_of_basis( basis )
-        b =  (V1.basis() + V1.complement().basis())
-        return V.span_of_basis(b)
-
-
-
-    @cached_method
-    def _charpoly_coeff(self, i):
-        """
-        Return the coefficient polynomial "a_{i}" of this algebra's
-        general characteristic polynomial.
-
-        Having this be a separate cached method lets us compute and
-        store the trace/determinant (a_{r-1} and a_{0} respectively)
-        separate from the entire characteristic polynomial.
-        """
-        (A_of_x, x, xr, detA) = self._charpoly_matrix_system()
-        R = A_of_x.base_ring()
-        if i >= self.rank():
-            # Guaranteed by theory
-            return R.zero()
-
-        # Danger: the in-place modification is done for performance
-        # reasons (reconstructing a matrix with huge polynomial
-        # entries is slow), but I don't know how cached_method works,
-        # so it's highly possible that we're modifying some global
-        # list variable by reference, here. In other words, you
-        # probably shouldn't call this method twice on the same
-        # algebra, at the same time, in two threads
-        Ai_orig = A_of_x.column(i)
-        A_of_x.set_column(i,xr)
-        numerator = A_of_x.det()
-        A_of_x.set_column(i,Ai_orig)
-
-        # We're relying on the theory here to ensure that each a_i is
-        # indeed back in R, and the added negative signs are to make
-        # the whole charpoly expression sum to zero.
-        return R(-numerator/detA)
-
+    def _is_commutative(self):
+        r"""
+        Whether or not this algebra's multiplication table is commutative.
+
+        This method should of course always return ``True``, unless
+        this algebra was constructed with ``check_axioms=False`` and
+        passed an invalid multiplication table.
+        """
+        return all( self.product_on_basis(i,j) == self.product_on_basis(i,j)
+                    for i in range(self.dimension())
+                    for j in range(self.dimension()) )
+
+    def _is_jordanian(self):
+        r"""
+        Whether or not this algebra's multiplication table respects the
+        Jordan identity `(x^{2})(xy) = x(x^{2}y)`.
+
+        We only check one arrangement of `x` and `y`, so for a
+        ``True`` result to be truly true, you should also check
+        :meth:`_is_commutative`. This method should of course always
+        return ``True``, unless this algebra was constructed with
+        ``check_axioms=False`` and passed an invalid multiplication table.
+        """
+        return all( (self.monomial(i)**2)*(self.monomial(i)*self.monomial(j))
+                    ==
+                    (self.monomial(i))*((self.monomial(i)**2)*self.monomial(j))
+                    for i in range(self.dimension())
+                    for j in range(self.dimension()) )
+
+    def _inner_product_is_associative(self):
+        r"""
+        Return whether or not this algebra's inner product `B` is
+        associative; that is, whether or not `B(xy,z) = B(x,yz)`.
+
+        This method should of course always return ``True``, unless
+        this algebra was constructed with ``check_axioms=False`` and
+        passed an invalid multiplication table.
+        """
+
+        # Used to check whether or not something is zero in an inexact
+        # ring. This number is sufficient to allow the construction of
+        # QuaternionHermitianEJA(2, RDF) with check_axioms=True.
+        epsilon = 1e-16
+
+        for i in range(self.dimension()):
+            for j in range(self.dimension()):
+                for k in range(self.dimension()):
+                    x = self.monomial(i)
+                    y = self.monomial(j)
+                    z = self.monomial(k)
+                    diff = (x*y).inner_product(z) - x.inner_product(y*z)
+
+                    if self.base_ring().is_exact():
+                        if diff != 0:
+                            return False
+                    else:
+                        if diff.abs() > epsilon:
+                            return False
+
+        return True
 
     @cached_method
-    def _charpoly_matrix_system(self):
-        """
-        Compute the matrix whose entries A_ij are polynomials in
-        X1,...,XN, the vector ``x`` of variables X1,...,XN, the vector
-        corresponding to `x^r` and the determinent of the matrix A =
-        [A_ij]. In other words, all of the fixed (cachable) data needed
-        to compute the coefficients of the characteristic polynomial.
+    def characteristic_polynomial_of(self):
         """
-        r = self.rank()
-        n = self.dimension()
-
-        # Turn my vector space into a module so that "vectors" can
-        # have multivatiate polynomial entries.
-        names = tuple('X' + str(i) for i in range(1,n+1))
-        R = PolynomialRing(self.base_ring(), names)
-
-        # Using change_ring() on the parent's vector space doesn't work
-        # here because, in a subalgebra, that vector space has a basis
-        # and change_ring() tries to bring the basis along with it. And
-        # that doesn't work unless the new ring is a PID, which it usually
-        # won't be.
-        V = FreeModule(R,n)
-
-        # Now let x = (X1,X2,...,Xn) be the vector whose entries are
-        # indeterminates...
-        x = V(names)
-
-        # And figure out the "left multiplication by x" matrix in
-        # that setting.
-        lmbx_cols = []
-        monomial_matrices = [ self.monomial(i).operator().matrix()
-                              for i in range(n) ] # don't recompute these!
-        for k in range(n):
-            ek = self.monomial(k).to_vector()
-            lmbx_cols.append(
-              sum( x[i]*(monomial_matrices[i]*ek)
-                   for i in range(n) ) )
-        Lx = matrix.column(R, lmbx_cols)
-
-        # Now we can compute powers of x "symbolically"
-        x_powers = [self.one().to_vector(), x]
-        for d in range(2, r+1):
-            x_powers.append( Lx*(x_powers[-1]) )
-
-        idmat = matrix.identity(R, n)
-
-        W = self._charpoly_basis_space()
-        W = W.change_ring(R.fraction_field())
-
-        # Starting with the standard coordinates x = (X1,X2,...,Xn)
-        # and then converting the entries to W-coordinates allows us
-        # to pass in the standard coordinates to the charpoly and get
-        # back the right answer. Specifically, with x = (X1,X2,...,Xn),
-        # we have
-        #
-        #   W.coordinates(x^2) eval'd at (standard z-coords)
-        #     =
-        #   W-coords of (z^2)
-        #     =
-        #   W-coords of (standard coords of x^2 eval'd at std-coords of z)
-        #
-        # We want the middle equivalent thing in our matrix, but use
-        # the first equivalent thing instead so that we can pass in
-        # standard coordinates.
-        x_powers = [ W.coordinate_vector(xp) for xp in x_powers ]
-        l2 = [idmat.column(k-1) for k in range(r+1, n+1)]
-        A_of_x = matrix.column(R, n, (x_powers[:r] + l2))
-        return (A_of_x, x, x_powers[r], A_of_x.det())
-
-
-    @cached_method
-    def characteristic_polynomial(self):
-        """
-        Return a characteristic polynomial that works for all elements
-        of this algebra.
+        Return the algebra's "characteristic polynomial of" function,
+        which is itself a multivariate polynomial that, when evaluated
+        at the coordinates of some algebra element, returns that
+        element's characteristic polynomial.
 
         The resulting polynomial has `n+1` variables, where `n` is the
         dimension of this algebra. The first `n` variables correspond to
@@ -367,7 +338,7 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
 
         SETUP::
 
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import JordanSpinEJA
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import JordanSpinEJA, TrivialEJA
 
         EXAMPLES:
 
@@ -375,41 +346,41 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
         Alizadeh, Example 11.11::
 
             sage: J = JordanSpinEJA(3)
-            sage: p = J.characteristic_polynomial(); p
+            sage: p = J.characteristic_polynomial_of(); p
             X1^2 - X2^2 - X3^2 + (-2*t)*X1 + t^2
             sage: xvec = J.one().to_vector()
             sage: p(*xvec)
             t^2 - 2*t + 1
 
+        By definition, the characteristic polynomial is a monic
+        degree-zero polynomial in a rank-zero algebra. Note that
+        Cayley-Hamilton is indeed satisfied since the polynomial
+        ``1`` evaluates to the identity element of the algebra on
+        any argument::
+
+            sage: J = TrivialEJA()
+            sage: J.characteristic_polynomial_of()
+            1
+
         """
         r = self.rank()
         n = self.dimension()
 
-        # The list of coefficient polynomials a_1, a_2, ..., a_n.
-        a = [ self._charpoly_coeff(i) for i in range(n) ]
+        # The list of coefficient polynomials a_0, a_1, a_2, ..., a_(r-1).
+        a = self._charpoly_coefficients()
 
         # We go to a bit of trouble here to reorder the
         # indeterminates, so that it's easier to evaluate the
         # characteristic polynomial at x's coordinates and get back
         # something in terms of t, which is what we want.
-        R = a[0].parent()
         S = PolynomialRing(self.base_ring(),'t')
         t = S.gen(0)
-        S = PolynomialRing(S, R.variable_names())
-        t = S(t)
-
-        # Note: all entries past the rth should be zero. The
-        # coefficient of the highest power (x^r) is 1, but it doesn't
-        # appear in the solution vector which contains coefficients
-        # for the other powers (to make them sum to x^r).
-        if (r < n):
-            a[r] = 1 # corresponds to x^r
-        else:
-            # When the rank is equal to the dimension, trying to
-            # assign a[r] goes out-of-bounds.
-            a.append(1) # corresponds to x^r
+        if r > 0:
+            R = a[0].parent()
+            S = PolynomialRing(S, R.variable_names())
+            t = S(t)
 
-        return sum( a[k]*(t**k) for k in xrange(len(a)) )
+        return (t**r + sum( a[k]*(t**k) for k in range(r) ))
 
 
     def inner_product(self, x, y):
@@ -426,8 +397,8 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
 
         EXAMPLES:
 
-        Our inner product satisfies the Jordan axiom, which is also
-        referred to as "associativity" for a symmetric bilinear form::
+        Our inner product is "associative," which means the following for
+        a symmetric bilinear form::
 
             sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja()
@@ -449,15 +420,19 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
 
         SETUP::
 
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import ComplexHermitianEJA
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (ComplexHermitianEJA,
+            ....:                                  TrivialEJA)
 
         EXAMPLES::
 
             sage: J = ComplexHermitianEJA(3)
             sage: J.is_trivial()
             False
-            sage: A = J.zero().subalgebra_generated_by()
-            sage: A.is_trivial()
+
+        ::
+
+            sage: J = TrivialEJA()
+            sage: J.is_trivial()
             True
 
         """
@@ -491,7 +466,7 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
 
         """
         M = list(self._multiplication_table) # copy
-        for i in xrange(len(M)):
+        for i in range(len(M)):
             # M had better be "square"
             M[i] = [self.monomial(i)] + M[i]
         M = [["*"] + list(self.gens())] + M
@@ -523,8 +498,8 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             Finite family {0: e0, 1: e1, 2: e2}
             sage: J.natural_basis()
             (
-            [1 0]  [        0 1/2*sqrt2]  [0 0]
-            [0 0], [1/2*sqrt2         0], [0 1]
+            [1 0]  [                  0 0.7071067811865475?]  [0 0]
+            [0 0], [0.7071067811865475?                   0], [0 1]
             )
 
         ::
@@ -550,8 +525,15 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
         """
         Return the matrix space in which this algebra's natural basis
         elements live.
+
+        Generally this will be an `n`-by-`1` column-vector space,
+        except when the algebra is trivial. There it's `n`-by-`n`
+        (where `n` is zero), to ensure that two elements of the
+        natural basis space (empty matrices) can be multiplied.
         """
-        if self._natural_basis is None or len(self._natural_basis) == 0:
+        if self.is_trivial():
+            return MatrixSpace(self.base_ring(), 0)
+        elif self._natural_basis is None or len(self._natural_basis) == 0:
             return MatrixSpace(self.base_ring(), self.dimension(), 1)
         else:
             return self._natural_basis[0].matrix_space()
@@ -578,12 +560,12 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
 
         SETUP::
 
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (RealCartesianProductEJA,
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (HadamardEJA,
             ....:                                  random_eja)
 
         EXAMPLES::
 
-            sage: J = RealCartesianProductEJA(5)
+            sage: J = HadamardEJA(5)
             sage: J.one()
             e0 + e1 + e2 + e3 + e4
 
@@ -632,18 +614,206 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
         return self.linear_combination(zip(self.gens(), coeffs))
 
 
-    def random_element(self):
-        # Temporary workaround for https://trac.sagemath.org/ticket/28327
-        if self.is_trivial():
-            return self.zero()
-        else:
-            s = super(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, self)
-            return s.random_element()
+    def peirce_decomposition(self, c):
+        """
+        The Peirce decomposition of this algebra relative to the
+        idempotent ``c``.
+
+        In the future, this can be extended to a complete system of
+        orthogonal idempotents.
+
+        INPUT:
+
+          - ``c`` -- an idempotent of this algebra.
+
+        OUTPUT:
+
+        A triple (J0, J5, J1) containing two subalgebras and one subspace
+        of this algebra,
+
+          - ``J0`` -- the algebra on the eigenspace of ``c.operator()``
+            corresponding to the eigenvalue zero.
+
+          - ``J5`` -- the eigenspace (NOT a subalgebra) of ``c.operator()``
+            corresponding to the eigenvalue one-half.
+
+          - ``J1`` -- the algebra on the eigenspace of ``c.operator()``
+            corresponding to the eigenvalue one.
+
+        These are the only possible eigenspaces for that operator, and this
+        algebra is a direct sum of them. The spaces ``J0`` and ``J1`` are
+        orthogonal, and are subalgebras of this algebra with the appropriate
+        restrictions.
+
+        SETUP::
+
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import random_eja, RealSymmetricEJA
+
+        EXAMPLES:
+
+        The canonical example comes from the symmetric matrices, which
+        decompose into diagonal and off-diagonal parts::
+
+            sage: J = RealSymmetricEJA(3)
+            sage: C = matrix(QQ, [ [1,0,0],
+            ....:                  [0,1,0],
+            ....:                  [0,0,0] ])
+            sage: c = J(C)
+            sage: J0,J5,J1 = J.peirce_decomposition(c)
+            sage: J0
+            Euclidean Jordan algebra of dimension 1...
+            sage: J5
+            Vector space of degree 6 and dimension 2...
+            sage: J1
+            Euclidean Jordan algebra of dimension 3...
+            sage: J0.one().natural_representation()
+            [0 0 0]
+            [0 0 0]
+            [0 0 1]
+            sage: orig_df = AA.options.display_format
+            sage: AA.options.display_format = 'radical'
+            sage: J.from_vector(J5.basis()[0]).natural_representation()
+            [          0           0 1/2*sqrt(2)]
+            [          0           0           0]
+            [1/2*sqrt(2)           0           0]
+            sage: J.from_vector(J5.basis()[1]).natural_representation()
+            [          0           0           0]
+            [          0           0 1/2*sqrt(2)]
+            [          0 1/2*sqrt(2)           0]
+            sage: AA.options.display_format = orig_df
+            sage: J1.one().natural_representation()
+            [1 0 0]
+            [0 1 0]
+            [0 0 0]
+
+        TESTS:
+
+        Every algebra decomposes trivially with respect to its identity
+        element::
+
+            sage: set_random_seed()
+            sage: J = random_eja()
+            sage: J0,J5,J1 = J.peirce_decomposition(J.one())
+            sage: J0.dimension() == 0 and J5.dimension() == 0
+            True
+            sage: J1.superalgebra() == J and J1.dimension() == J.dimension()
+            True
+
+        The decomposition is into eigenspaces, and its components are
+        therefore necessarily orthogonal. Moreover, the identity
+        elements in the two subalgebras are the projections onto their
+        respective subspaces of the superalgebra's identity element::
+
+            sage: set_random_seed()
+            sage: J = random_eja()
+            sage: x = J.random_element()
+            sage: if not J.is_trivial():
+            ....:     while x.is_nilpotent():
+            ....:         x = J.random_element()
+            sage: c = x.subalgebra_idempotent()
+            sage: J0,J5,J1 = J.peirce_decomposition(c)
+            sage: ipsum = 0
+            sage: for (w,y,z) in zip(J0.basis(), J5.basis(), J1.basis()):
+            ....:     w = w.superalgebra_element()
+            ....:     y = J.from_vector(y)
+            ....:     z = z.superalgebra_element()
+            ....:     ipsum += w.inner_product(y).abs()
+            ....:     ipsum += w.inner_product(z).abs()
+            ....:     ipsum += y.inner_product(z).abs()
+            sage: ipsum
+            0
+            sage: J1(c) == J1.one()
+            True
+            sage: J0(J.one() - c) == J0.one()
+            True
 
-    def random_elements(self, count):
+        """
+        if not c.is_idempotent():
+            raise ValueError("element is not idempotent: %s" % c)
+
+        # Default these to what they should be if they turn out to be
+        # trivial, because eigenspaces_left() won't return eigenvalues
+        # corresponding to trivial spaces (e.g. it returns only the
+        # eigenspace corresponding to lambda=1 if you take the
+        # decomposition relative to the identity element).
+        trivial = FiniteDimensionalEuclideanJordanSubalgebra(self, ())
+        J0 = trivial                          # eigenvalue zero
+        J5 = VectorSpace(self.base_ring(), 0) # eigenvalue one-half
+        J1 = trivial                          # eigenvalue one
+
+        for (eigval, eigspace) in c.operator().matrix().right_eigenspaces():
+            if eigval == ~(self.base_ring()(2)):
+                J5 = eigspace
+            else:
+                gens = tuple( self.from_vector(b) for b in eigspace.basis() )
+                subalg = FiniteDimensionalEuclideanJordanSubalgebra(self,
+                                                                    gens,
+                                                                    check_axioms=False)
+                if eigval == 0:
+                    J0 = subalg
+                elif eigval == 1:
+                    J1 = subalg
+                else:
+                    raise ValueError("unexpected eigenvalue: %s" % eigval)
+
+        return (J0, J5, J1)
+
+
+    def random_element(self, thorough=False):
+        r"""
+        Return a random element of this algebra.
+
+        Our algebra superclass method only returns a linear
+        combination of at most two basis elements. We instead
+        want the vector space "random element" method that
+        returns a more diverse selection.
+
+        INPUT:
+
+        - ``thorough`` -- (boolean; default False) whether or not we
+          should generate irrational coefficients for the random
+          element when our base ring is irrational; this slows the
+          algebra operations to a crawl, but any truly random method
+          should include them
+
+        """
+        # For a general base ring... maybe we can trust this to do the
+        # right thing? Unlikely, but.
+        V = self.vector_space()
+        v = V.random_element()
+
+        if self.base_ring() is AA:
+            # The "random element" method of the algebraic reals is
+            # stupid at the moment, and only returns integers between
+            # -2 and 2, inclusive:
+            #
+            #   https://trac.sagemath.org/ticket/30875
+            #
+            # Instead, we implement our own "random vector" method,
+            # and then coerce that into the algebra. We use the vector
+            # space degree here instead of the dimension because a
+            # subalgebra could (for example) be spanned by only two
+            # vectors, each with five coordinates.  We need to
+            # generate all five coordinates.
+            if thorough:
+                v *= QQbar.random_element().real()
+            else:
+                v *= QQ.random_element()
+
+        return self.from_vector(V.coordinate_vector(v))
+
+    def random_elements(self, count, thorough=False):
         """
         Return ``count`` random elements as a tuple.
 
+        INPUT:
+
+        - ``thorough`` -- (boolean; default False) whether or not we
+          should generate irrational coefficients for the random
+          elements when our base ring is irrational; this slows the
+          algebra operations to a crawl, but any truly random method
+          should include them
+
         SETUP::
 
             sage: from mjo.eja.eja_algebra import JordanSpinEJA
@@ -658,44 +828,85 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             True
 
         """
-        return  tuple( self.random_element() for idx in xrange(count) )
+        return tuple( self.random_element(thorough)
+                      for idx in range(count) )
 
     @classmethod
-    def random_instance(cls, field=QQ, **kwargs):
+    def random_instance(cls, field=AA, **kwargs):
         """
         Return a random instance of this type of algebra.
 
-        In subclasses for algebras that we know how to construct, this
-        is a shortcut for constructing test cases and examples.
+        Beware, this will crash for "most instances" because the
+        constructor below looks wrong.
         """
-        if cls is FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra:
-            # Red flag! But in theory we could do this I guess. The
-            # only finite-dimensional exceptional EJA is the
-            # octononions. So, we could just create an EJA from an
-            # associative matrix algebra (generated by a subset of
-            # elements) with the symmetric product. Or, we could punt
-            # to random_eja() here, override it in our subclasses, and
-            # not worry about it.
-            raise NotImplementedError
+        if cls is TrivialEJA:
+            # The TrivialEJA class doesn't take an "n" argument because
+            # there's only one.
+            return cls(field)
 
-        n = ZZ.random_element(cls._max_test_case_size()) + 1
+        n = ZZ.random_element(cls._max_test_case_size() + 1)
         return cls(n, field, **kwargs)
 
+    @cached_method
+    def _charpoly_coefficients(self):
+        r"""
+        The `r` polynomial coefficients of the "characteristic polynomial
+        of" function.
+        """
+        n = self.dimension()
+        var_names = [ "X" + str(z) for z in range(1,n+1) ]
+        R = PolynomialRing(self.base_ring(), var_names)
+        vars = R.gens()
+        F = R.fraction_field()
+
+        def L_x_i_j(i,j):
+            # From a result in my book, these are the entries of the
+            # basis representation of L_x.
+            return sum( vars[k]*self.monomial(k).operator().matrix()[i,j]
+                        for k in range(n) )
+
+        L_x = matrix(F, n, n, L_x_i_j)
+
+        r = None
+        if self.rank.is_in_cache():
+            r = self.rank()
+            # There's no need to pad the system with redundant
+            # columns if we *know* they'll be redundant.
+            n = r
+
+        # Compute an extra power in case the rank is equal to
+        # the dimension (otherwise, we would stop at x^(r-1)).
+        x_powers = [ (L_x**k)*self.one().to_vector()
+                     for k in range(n+1) ]
+        A = matrix.column(F, x_powers[:n])
+        AE = A.extended_echelon_form()
+        E = AE[:,n:]
+        A_rref = AE[:,:n]
+        if r is None:
+            r = A_rref.rank()
+        b = x_powers[r]
+
+        # The theory says that only the first "r" coefficients are
+        # nonzero, and they actually live in the original polynomial
+        # ring and not the fraction field. We negate them because
+        # in the actual characteristic polynomial, they get moved
+        # to the other side where x^r lives.
+        return -A_rref.solve_right(E*b).change_ring(R)[:r]
 
+    @cached_method
     def rank(self):
-        """
+        r"""
         Return the rank of this EJA.
 
-        ALGORITHM:
-
-        The author knows of no algorithm to compute the rank of an EJA
-        where only the multiplication table is known. In lieu of one, we
-        require the rank to be specified when the algebra is created,
-        and simply pass along that number here.
+        This is a cached method because we know the rank a priori for
+        all of the algebras we can construct. Thus we can avoid the
+        expensive ``_charpoly_coefficients()`` call unless we truly
+        need to compute the whole characteristic polynomial.
 
         SETUP::
 
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (JordanSpinEJA,
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (HadamardEJA,
+            ....:                                  JordanSpinEJA,
             ....:                                  RealSymmetricEJA,
             ....:                                  ComplexHermitianEJA,
             ....:                                  QuaternionHermitianEJA,
@@ -725,15 +936,54 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
         TESTS:
 
         Ensure that every EJA that we know how to construct has a
-        positive integer rank::
+        positive integer rank, unless the algebra is trivial in
+        which case its rank will be zero::
 
             sage: set_random_seed()
-            sage: r = random_eja().rank()
-            sage: r in ZZ and r > 0
+            sage: J = random_eja()
+            sage: r = J.rank()
+            sage: r in ZZ
             True
+            sage: r > 0 or (r == 0 and J.is_trivial())
+            True
+
+        Ensure that computing the rank actually works, since the ranks
+        of all simple algebras are known and will be cached by default::
+
+            sage: J = HadamardEJA(4)
+            sage: J.rank.clear_cache()
+            sage: J.rank()
+            4
+
+        ::
 
+            sage: J = JordanSpinEJA(4)
+            sage: J.rank.clear_cache()
+            sage: J.rank()
+            2
+
+        ::
+
+            sage: J = RealSymmetricEJA(3)
+            sage: J.rank.clear_cache()
+            sage: J.rank()
+            3
+
+        ::
+
+            sage: J = ComplexHermitianEJA(2)
+            sage: J.rank.clear_cache()
+            sage: J.rank()
+            2
+
+        ::
+
+            sage: J = QuaternionHermitianEJA(2)
+            sage: J.rank.clear_cache()
+            sage: J.rank()
+            2
         """
-        return self._rank
+        return len(self._charpoly_coefficients())
 
 
     def vector_space(self):
@@ -757,7 +1007,7 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
     Element = FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebraElement
 
 
-class RealCartesianProductEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
+class HadamardEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
     """
     Return the Euclidean Jordan Algebra corresponding to the set
     `R^n` under the Hadamard product.
@@ -768,13 +1018,13 @@ class RealCartesianProductEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
 
     SETUP::
 
-        sage: from mjo.eja.eja_algebra import RealCartesianProductEJA
+        sage: from mjo.eja.eja_algebra import HadamardEJA
 
     EXAMPLES:
 
     This multiplication table can be verified by hand::
 
-        sage: J = RealCartesianProductEJA(3)
+        sage: J = HadamardEJA(3)
         sage: e0,e1,e2 = J.gens()
         sage: e0*e0
         e0
@@ -793,17 +1043,20 @@ class RealCartesianProductEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
 
     We can change the generator prefix::
 
-        sage: RealCartesianProductEJA(3, prefix='r').gens()
+        sage: HadamardEJA(3, prefix='r').gens()
         (r0, r1, r2)
 
     """
-    def __init__(self, n, field=QQ, **kwargs):
+    def __init__(self, n, field=AA, **kwargs):
         V = VectorSpace(field, n)
-        mult_table = [ [ V.gen(i)*(i == j) for j in xrange(n) ]
-                       for i in xrange(n) ]
+        mult_table = [ [ V.gen(i)*(i == j) for j in range(n) ]
+                       for i in range(n) ]
 
-        fdeja = super(RealCartesianProductEJA, self)
-        return fdeja.__init__(field, mult_table, rank=n, **kwargs)
+        super(HadamardEJA, self).__init__(field,
+                                          mult_table,
+                                          check_axioms=False,
+                                          **kwargs)
+        self.rank.set_cache(n)
 
     def inner_product(self, x, y):
         """
@@ -811,7 +1064,7 @@ class RealCartesianProductEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
 
         SETUP::
 
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import RealCartesianProductEJA
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import HadamardEJA
 
         TESTS:
 
@@ -819,7 +1072,7 @@ class RealCartesianProductEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
         over `R^n`::
 
             sage: set_random_seed()
-            sage: J = RealCartesianProductEJA.random_instance()
+            sage: J = HadamardEJA.random_instance()
             sage: x,y = J.random_elements(2)
             sage: X = x.natural_representation()
             sage: Y = y.natural_representation()
@@ -830,32 +1083,10 @@ class RealCartesianProductEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
         return x.to_vector().inner_product(y.to_vector())
 
 
-def random_eja():
+def random_eja(field=AA):
     """
     Return a "random" finite-dimensional Euclidean Jordan Algebra.
 
-    ALGORITHM:
-
-    For now, we choose a random natural number ``n`` (greater than zero)
-    and then give you back one of the following:
-
-      * The cartesian product of the rational numbers ``n`` times; this is
-        ``QQ^n`` with the Hadamard product.
-
-      * The Jordan spin algebra on ``QQ^n``.
-
-      * The ``n``-by-``n`` rational symmetric matrices with the symmetric
-        product.
-
-      * The ``n``-by-``n`` complex-rational Hermitian matrices embedded
-        in the space of ``2n``-by-``2n`` real symmetric matrices.
-
-      * The ``n``-by-``n`` quaternion-rational Hermitian matrices embedded
-        in the space of ``4n``-by-``4n`` real symmetric matrices.
-
-    Later this might be extended to return Cartesian products of the
-    EJAs above.
-
     SETUP::
 
         sage: from mjo.eja.eja_algebra import random_eja
@@ -866,14 +1097,13 @@ def random_eja():
         Euclidean Jordan algebra of dimension...
 
     """
-    classname = choice([RealCartesianProductEJA,
+    classname = choice([TrivialEJA,
+                        HadamardEJA,
                         JordanSpinEJA,
                         RealSymmetricEJA,
                         ComplexHermitianEJA,
                         QuaternionHermitianEJA])
-    return classname.random_instance()
-
-
+    return classname.random_instance(field=field)
 
 
 
@@ -885,17 +1115,20 @@ class MatrixEuclideanJordanAlgebra(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
         # field can have dimension 4 (quaternions) too.
         return 2
 
-    @classmethod
-    def _denormalized_basis(cls, n, field):
-        raise NotImplementedError
-
-    def __init__(self, n, field=QQ, normalize_basis=True, **kwargs):
-        S = self._denormalized_basis(n, field)
-
-        # Used in this class's fast _charpoly_coeff() override.
+    def __init__(self, field, basis, normalize_basis=True, **kwargs):
+        """
+        Compared to the superclass constructor, we take a basis instead of
+        a multiplication table because the latter can be computed in terms
+        of the former when the product is known (like it is here).
+        """
+        # Used in this class's fast _charpoly_coefficients() override.
         self._basis_normalizers = None
 
-        if n > 1 and normalize_basis:
+        # We're going to loop through this a few times, so now's a good
+        # time to ensure that it isn't a generator expression.
+        basis = tuple(basis)
+
+        if len(basis) > 1 and normalize_basis:
             # We'll need sqrt(2) to normalize the basis, and this
             # winds up in the multiplication table, so the whole
             # algebra needs to be over the field extension.
@@ -903,44 +1136,64 @@ class MatrixEuclideanJordanAlgebra(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
             z = R.gen()
             p = z**2 - 2
             if p.is_irreducible():
-                field = NumberField(p, 'sqrt2', embedding=RLF(2).sqrt())
-                S = [ s.change_ring(field) for s in S ]
+                field = field.extension(p, 'sqrt2', embedding=RLF(2).sqrt())
+                basis = tuple( s.change_ring(field) for s in basis )
             self._basis_normalizers = tuple(
-                ~(self.natural_inner_product(s,s).sqrt()) for s in S )
-            S = tuple( s*c for (s,c) in zip(S,self._basis_normalizers) )
+                ~(self.natural_inner_product(s,s).sqrt()) for s in basis )
+            basis = tuple(s*c for (s,c) in zip(basis,self._basis_normalizers))
 
-        Qs = self.multiplication_table_from_matrix_basis(S)
+        Qs = self.multiplication_table_from_matrix_basis(basis)
 
-        fdeja = super(MatrixEuclideanJordanAlgebra, self)
-        return fdeja.__init__(field,
-                              Qs,
-                              rank=n,
-                              natural_basis=S,
-                              **kwargs)
+        super(MatrixEuclideanJordanAlgebra, self).__init__(field,
+                                                           Qs,
+                                                           natural_basis=basis,
+                                                           **kwargs)
 
 
     @cached_method
-    def _charpoly_coeff(self, i):
-        """
+    def _charpoly_coefficients(self):
+        r"""
         Override the parent method with something that tries to compute
         over a faster (non-extension) field.
         """
         if self._basis_normalizers is None:
             # We didn't normalize, so assume that the basis we started
             # with had entries in a nice field.
-            return super(MatrixEuclideanJordanAlgebra, self)._charpoly_coeff(i)
+            return super(MatrixEuclideanJordanAlgebra, self)._charpoly_coefficients()
         else:
-            # If we didn't unembed first, this number would be wrong
-            # by a power-of-two factor for complex/quaternion matrices.
-            n = self.real_unembed(self.natural_basis_space().zero()).nrows()
-            field = self.base_ring().base_ring() # yeeeeaaaahhh
-            J = self.__class__(n, field, False)
-            (_,x,_,_) = J._charpoly_matrix_system()
-            p = J._charpoly_coeff(i)
-            # p might be missing some vars, have to substitute "optionally"
-            pairs = izip(x.base_ring().gens(), self._basis_normalizers)
-            substitutions = { v: v*c for (v,c) in pairs }
-            return p.subs(substitutions)
+            basis = ( (b/n) for (b,n) in zip(self.natural_basis(),
+                                             self._basis_normalizers) )
+
+            # Do this over the rationals and convert back at the end.
+            # Only works because we know the entries of the basis are
+            # integers. The argument ``check_axioms=False`` is required
+            # because the trace inner-product method for this
+            # class is a stub and can't actually be checked.
+            J = MatrixEuclideanJordanAlgebra(QQ,
+                                             basis,
+                                             normalize_basis=False,
+                                             check_field=False,
+                                             check_axioms=False)
+            a = J._charpoly_coefficients()
+
+            # Unfortunately, changing the basis does change the
+            # coefficients of the characteristic polynomial, but since
+            # these are really the coefficients of the "characteristic
+            # polynomial of" function, everything is still nice and
+            # unevaluated. It's therefore "obvious" how scaling the
+            # basis affects the coordinate variables X1, X2, et
+            # cetera. Scaling the first basis vector up by "n" adds a
+            # factor of 1/n into every "X1" term, for example. So here
+            # we simply undo the basis_normalizer scaling that we
+            # performed earlier.
+            #
+            # The a[0] access here is safe because trivial algebras
+            # won't have any basis normalizers and therefore won't
+            # make it to this "else" branch.
+            XS = a[0].parent().gens()
+            subs_dict = { XS[i]: self._basis_normalizers[i]*XS[i]
+                          for i in range(len(XS)) }
+            return tuple( a_i.subs(subs_dict) for a_i in a )
 
 
     @staticmethod
@@ -958,15 +1211,18 @@ class MatrixEuclideanJordanAlgebra(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
         # is supposed to hold the entire long vector, and the subspace W
         # of V will be spanned by the vectors that arise from symmetric
         # matrices. Thus for S^2, dim(V) == 4 and dim(W) == 3.
+        if len(basis) == 0:
+            return []
+
         field = basis[0].base_ring()
         dimension = basis[0].nrows()
 
         V = VectorSpace(field, dimension**2)
         W = V.span_of_basis( _mat2vec(s) for s in basis )
         n = len(basis)
-        mult_table = [[W.zero() for j in xrange(n)] for i in xrange(n)]
-        for i in xrange(n):
-            for j in xrange(n):
+        mult_table = [[W.zero() for j in range(n)] for i in range(n)]
+        for i in range(n):
+            for j in range(n):
                 mat_entry = (basis[i]*basis[j] + basis[j]*basis[i])/2
                 mult_table[i][j] = W.coordinate_vector(_mat2vec(mat_entry))
 
@@ -1003,16 +1259,12 @@ class MatrixEuclideanJordanAlgebra(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
         Xu = cls.real_unembed(X)
         Yu = cls.real_unembed(Y)
         tr = (Xu*Yu).trace()
-        if tr in RLF:
-            # It's real already.
-            return tr
 
-        # Otherwise, try the thing that works for complex numbers; and
-        # if that doesn't work, the thing that works for quaternions.
         try:
-            return tr.vector()[0] # real part, imag part is index 1
+            # Works in QQ, AA, RDF, et cetera.
+            return tr.real()
         except AttributeError:
-            # A quaternions doesn't have a vector() method, but does
+            # A quaternion doesn't have a real() method, but does
             # have coefficient_tuple() method that returns the
             # coefficients of 1, i, j, and k -- in that order.
             return tr.coefficient_tuple()[0]
@@ -1057,6 +1309,14 @@ class RealSymmetricEJA(RealMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         sage: e2*e2
         e2
 
+    In theory, our "field" can be any subfield of the reals::
+
+        sage: RealSymmetricEJA(2, RDF)
+        Euclidean Jordan algebra of dimension 3 over Real Double Field
+        sage: RealSymmetricEJA(2, RR)
+        Euclidean Jordan algebra of dimension 3 over Real Field with
+        53 bits of precision
+
     TESTS:
 
     The dimension of this algebra is `(n^2 + n) / 2`::
@@ -1106,6 +1366,11 @@ class RealSymmetricEJA(RealMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         sage: x.operator().matrix().is_symmetric()
         True
 
+    We can construct the (trivial) algebra of rank zero::
+
+        sage: RealSymmetricEJA(0)
+        Euclidean Jordan algebra of dimension 0 over Algebraic Real Field
+
     """
     @classmethod
     def _denormalized_basis(cls, n, field):
@@ -1128,15 +1393,15 @@ class RealSymmetricEJA(RealMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         # The basis of symmetric matrices, as matrices, in their R^(n-by-n)
         # coordinates.
         S = []
-        for i in xrange(n):
-            for j in xrange(i+1):
+        for i in range(n):
+            for j in range(i+1):
                 Eij = matrix(field, n, lambda k,l: k==i and l==j)
                 if i == j:
                     Sij = Eij
                 else:
                     Sij = Eij + Eij.transpose()
                 S.append(Sij)
-        return tuple(S)
+        return S
 
 
     @staticmethod
@@ -1144,6 +1409,14 @@ class RealSymmetricEJA(RealMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         return 4 # Dimension 10
 
 
+    def __init__(self, n, field=AA, **kwargs):
+        basis = self._denormalized_basis(n, field)
+        super(RealSymmetricEJA, self).__init__(field,
+                                               basis,
+                                               check_axioms=False,
+                                               **kwargs)
+        self.rank.set_cache(n)
+
 
 class ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
     @staticmethod
@@ -1160,7 +1433,7 @@ class ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
 
         EXAMPLES::
 
-            sage: F = QuadraticField(-1, 'i')
+            sage: F = QuadraticField(-1, 'I')
             sage: x1 = F(4 - 2*i)
             sage: x2 = F(1 + 2*i)
             sage: x3 = F(-i)
@@ -1180,7 +1453,7 @@ class ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
             sage: set_random_seed()
             sage: n_max = ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra._max_test_case_size()
             sage: n = ZZ.random_element(n_max)
-            sage: F = QuadraticField(-1, 'i')
+            sage: F = QuadraticField(-1, 'I')
             sage: X = random_matrix(F, n)
             sage: Y = random_matrix(F, n)
             sage: Xe = ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra.real_embed(X)
@@ -1193,15 +1466,17 @@ class ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
         n = M.nrows()
         if M.ncols() != n:
             raise ValueError("the matrix 'M' must be square")
-        field = M.base_ring()
+
+        # We don't need any adjoined elements...
+        field = M.base_ring().base_ring()
+
         blocks = []
         for z in M.list():
-            a = z.vector()[0] # real part, I guess
-            b = z.vector()[1] # imag part, I guess
+            a = z.list()[0] # real part, I guess
+            b = z.list()[1] # imag part, I guess
             blocks.append(matrix(field, 2, [[a,b],[-b,a]]))
 
-        # We can drop the imaginaries here.
-        return matrix.block(field.base_ring(), n, blocks)
+        return matrix.block(field, n, blocks)
 
 
     @staticmethod
@@ -1221,15 +1496,15 @@ class ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
             ....:                 [ 9,  10, 11, 12],
             ....:                 [-10, 9, -12, 11] ])
             sage: ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra.real_unembed(A)
-            [  2*i + 1   4*i + 3]
-            [ 10*i + 9 12*i + 11]
+            [  2*I + 1   4*I + 3]
+            [ 10*I + 9 12*I + 11]
 
         TESTS:
 
         Unembedding is the inverse of embedding::
 
             sage: set_random_seed()
-            sage: F = QuadraticField(-1, 'i')
+            sage: F = QuadraticField(-1, 'I')
             sage: M = random_matrix(F, 3)
             sage: Me = ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra.real_embed(M)
             sage: ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra.real_unembed(Me) == M
@@ -1242,17 +1517,24 @@ class ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
         if not n.mod(2).is_zero():
             raise ValueError("the matrix 'M' must be a complex embedding")
 
-        field = M.base_ring() # This should already have sqrt2
+        # If "M" was normalized, its base ring might have roots
+        # adjoined and they can stick around after unembedding.
+        field = M.base_ring()
         R = PolynomialRing(field, 'z')
         z = R.gen()
-        F = NumberField(z**2 + 1,'i', embedding=CLF(-1).sqrt())
+        if field is AA:
+            # Sage doesn't know how to embed AA into QQbar, i.e. how
+            # to adjoin sqrt(-1) to AA.
+            F = QQbar
+        else:
+            F = field.extension(z**2 + 1, 'I', embedding=CLF(-1).sqrt())
         i = F.gen()
 
         # Go top-left to bottom-right (reading order), converting every
         # 2-by-2 block we see to a single complex element.
         elements = []
-        for k in xrange(n/2):
-            for j in xrange(n/2):
+        for k in range(n/2):
+            for j in range(n/2):
                 submat = M[2*k:2*k+2,2*j:2*j+2]
                 if submat[0,0] != submat[1,1]:
                     raise ValueError('bad on-diagonal submatrix')
@@ -1286,7 +1568,7 @@ class ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
             sage: Ye = y.natural_representation()
             sage: X = ComplexHermitianEJA.real_unembed(Xe)
             sage: Y = ComplexHermitianEJA.real_unembed(Ye)
-            sage: expected = (X*Y).trace().vector()[0]
+            sage: expected = (X*Y).trace().real()
             sage: actual = ComplexHermitianEJA.natural_inner_product(Xe,Ye)
             sage: actual == expected
             True
@@ -1306,6 +1588,16 @@ class ComplexHermitianEJA(ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra):
 
         sage: from mjo.eja.eja_algebra import ComplexHermitianEJA
 
+    EXAMPLES:
+
+    In theory, our "field" can be any subfield of the reals::
+
+        sage: ComplexHermitianEJA(2, RDF)
+        Euclidean Jordan algebra of dimension 4 over Real Double Field
+        sage: ComplexHermitianEJA(2, RR)
+        Euclidean Jordan algebra of dimension 4 over Real Field with
+        53 bits of precision
+
     TESTS:
 
     The dimension of this algebra is `n^2`::
@@ -1355,7 +1647,13 @@ class ComplexHermitianEJA(ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         sage: x.operator().matrix().is_symmetric()
         True
 
+    We can construct the (trivial) algebra of rank zero::
+
+        sage: ComplexHermitianEJA(0)
+        Euclidean Jordan algebra of dimension 0 over Algebraic Real Field
+
     """
+
     @classmethod
     def _denormalized_basis(cls, n, field):
         """
@@ -1383,7 +1681,7 @@ class ComplexHermitianEJA(ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         """
         R = PolynomialRing(field, 'z')
         z = R.gen()
-        F = NumberField(z**2 + 1, 'I', embedding=CLF(-1).sqrt())
+        F = field.extension(z**2 + 1, 'I')
         I = F.gen()
 
         # This is like the symmetric case, but we need to be careful:
@@ -1392,8 +1690,8 @@ class ComplexHermitianEJA(ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         #   * The diagonal will (as a result) be real.
         #
         S = []
-        for i in xrange(n):
-            for j in xrange(i+1):
+        for i in range(n):
+            for j in range(i+1):
                 Eij = matrix(F, n, lambda k,l: k==i and l==j)
                 if i == j:
                     Sij = cls.real_embed(Eij)
@@ -1407,9 +1705,17 @@ class ComplexHermitianEJA(ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra):
 
         # Since we embedded these, we can drop back to the "field" that we
         # started with instead of the complex extension "F".
-        return tuple( s.change_ring(field) for s in S )
+        return ( s.change_ring(field) for s in S )
 
 
+    def __init__(self, n, field=AA, **kwargs):
+        basis = self._denormalized_basis(n,field)
+        super(ComplexHermitianEJA,self).__init__(field,
+                                                 basis,
+                                                 check_axioms=False,
+                                                 **kwargs)
+        self.rank.set_cache(n)
+
 
 class QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
     @staticmethod
@@ -1458,7 +1764,7 @@ class QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
         if M.ncols() != n:
             raise ValueError("the matrix 'M' must be square")
 
-        F = QuadraticField(-1, 'i')
+        F = QuadraticField(-1, 'I')
         i = F.gen()
 
         blocks = []
@@ -1514,7 +1820,7 @@ class QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
         if M.ncols() != n:
             raise ValueError("the matrix 'M' must be square")
         if not n.mod(4).is_zero():
-            raise ValueError("the matrix 'M' must be a complex embedding")
+            raise ValueError("the matrix 'M' must be a quaternion embedding")
 
         # Use the base ring of the matrix to ensure that its entries can be
         # multiplied by elements of the quaternion algebra.
@@ -1526,18 +1832,18 @@ class QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
         # 4-by-4 block we see to a 2-by-2 complex block, to a 1-by-1
         # quaternion block.
         elements = []
-        for l in xrange(n/4):
-            for m in xrange(n/4):
+        for l in range(n/4):
+            for m in range(n/4):
                 submat = ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra.real_unembed(
                     M[4*l:4*l+4,4*m:4*m+4] )
                 if submat[0,0] != submat[1,1].conjugate():
                     raise ValueError('bad on-diagonal submatrix')
                 if submat[0,1] != -submat[1,0].conjugate():
                     raise ValueError('bad off-diagonal submatrix')
-                z  = submat[0,0].vector()[0]   # real part
-                z += submat[0,0].vector()[1]*i # imag part
-                z += submat[0,1].vector()[0]*j # real part
-                z += submat[0,1].vector()[1]*k # imag part
+                z  = submat[0,0].real()
+                z += submat[0,0].imag()*i
+                z += submat[0,1].real()*j
+                z += submat[0,1].imag()*k
                 elements.append(z)
 
         return matrix(Q, n/4, elements)
@@ -1585,6 +1891,16 @@ class QuaternionHermitianEJA(QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra):
 
         sage: from mjo.eja.eja_algebra import QuaternionHermitianEJA
 
+    EXAMPLES:
+
+    In theory, our "field" can be any subfield of the reals::
+
+        sage: QuaternionHermitianEJA(2, RDF)
+        Euclidean Jordan algebra of dimension 6 over Real Double Field
+        sage: QuaternionHermitianEJA(2, RR)
+        Euclidean Jordan algebra of dimension 6 over Real Field with
+        53 bits of precision
+
     TESTS:
 
     The dimension of this algebra is `2*n^2 - n`::
@@ -1634,6 +1950,11 @@ class QuaternionHermitianEJA(QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         sage: x.operator().matrix().is_symmetric()
         True
 
+    We can construct the (trivial) algebra of rank zero::
+
+        sage: QuaternionHermitianEJA(0)
+        Euclidean Jordan algebra of dimension 0 over Algebraic Real Field
+
     """
     @classmethod
     def _denormalized_basis(cls, n, field):
@@ -1668,8 +1989,8 @@ class QuaternionHermitianEJA(QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         #   * The diagonal will (as a result) be real.
         #
         S = []
-        for i in xrange(n):
-            for j in xrange(i+1):
+        for i in range(n):
+            for j in range(i+1):
                 Eij = matrix(Q, n, lambda k,l: k==i and l==j)
                 if i == j:
                     Sij = cls.real_embed(Eij)
@@ -1685,15 +2006,147 @@ class QuaternionHermitianEJA(QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra):
                     S.append(Sij_J)
                     Sij_K = cls.real_embed(K*Eij - K*Eij.transpose())
                     S.append(Sij_K)
-        return tuple(S)
 
+        # Since we embedded these, we can drop back to the "field" that we
+        # started with instead of the quaternion algebra "Q".
+        return ( s.change_ring(field) for s in S )
+
+
+    def __init__(self, n, field=AA, **kwargs):
+        basis = self._denormalized_basis(n,field)
+        super(QuaternionHermitianEJA,self).__init__(field,
+                                                    basis,
+                                                    check_axioms=False,
+                                                    **kwargs)
+        self.rank.set_cache(n)
+
+
+class BilinearFormEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
+    r"""
+    The rank-2 simple EJA consisting of real vectors ``x=(x0, x_bar)``
+    with the half-trace inner product and jordan product ``x*y =
+    (x0*y0 + <B*x_bar,y_bar>, x0*y_bar + y0*x_bar)`` where ``B`` is a
+    symmetric positive-definite "bilinear form" matrix. It has
+    dimension `n` over the reals, and reduces to the ``JordanSpinEJA``
+    when ``B`` is the identity matrix of order ``n-1``.
+
+    SETUP::
+
+        sage: from mjo.eja.eja_algebra import (BilinearFormEJA,
+        ....:                                  JordanSpinEJA)
+
+    EXAMPLES:
+
+    When no bilinear form is specified, the identity matrix is used,
+    and the resulting algebra is the Jordan spin algebra::
+
+        sage: J0 = BilinearFormEJA(3)
+        sage: J1 = JordanSpinEJA(3)
+        sage: J0.multiplication_table() == J0.multiplication_table()
+        True
+
+    TESTS:
+
+    We can create a zero-dimensional algebra::
+
+        sage: J = BilinearFormEJA(0)
+        sage: J.basis()
+        Finite family {}
+
+    We can check the multiplication condition given in the Jordan, von
+    Neumann, and Wigner paper (and also discussed on my "On the
+    symmetry..." paper). Note that this relies heavily on the standard
+    choice of basis, as does anything utilizing the bilinear form matrix::
+
+        sage: set_random_seed()
+        sage: n = ZZ.random_element(5)
+        sage: M = matrix.random(QQ, max(0,n-1), algorithm='unimodular')
+        sage: B = M.transpose()*M
+        sage: J = BilinearFormEJA(n, B=B)
+        sage: eis = VectorSpace(M.base_ring(), M.ncols()).basis()
+        sage: V = J.vector_space()
+        sage: sis = [ J.from_vector(V([0] + (M.inverse()*ei).list()))
+        ....:         for ei in eis ]
+        sage: actual = [ sis[i]*sis[j]
+        ....:            for i in range(n-1)
+        ....:            for j in range(n-1) ]
+        sage: expected = [ J.one() if i == j else J.zero()
+        ....:              for i in range(n-1)
+        ....:              for j in range(n-1) ]
+        sage: actual == expected
+        True
+    """
+    def __init__(self, n, field=AA, B=None, **kwargs):
+        if B is None:
+            self._B = matrix.identity(field, max(0,n-1))
+        else:
+            self._B = B
+
+        V = VectorSpace(field, n)
+        mult_table = [[V.zero() for j in range(n)] for i in range(n)]
+        for i in range(n):
+            for j in range(n):
+                x = V.gen(i)
+                y = V.gen(j)
+                x0 = x[0]
+                xbar = x[1:]
+                y0 = y[0]
+                ybar = y[1:]
+                z0 = x0*y0 + (self._B*xbar).inner_product(ybar)
+                zbar = y0*xbar + x0*ybar
+                z = V([z0] + zbar.list())
+                mult_table[i][j] = z
+
+        # The rank of this algebra is two, unless we're in a
+        # one-dimensional ambient space (because the rank is bounded
+        # by the ambient dimension).
+        super(BilinearFormEJA, self).__init__(field,
+                                              mult_table,
+                                              check_axioms=False,
+                                              **kwargs)
+        self.rank.set_cache(min(n,2))
+
+    def inner_product(self, x, y):
+        r"""
+        Half of the trace inner product.
+
+        This is defined so that the special case of the Jordan spin
+        algebra gets the usual inner product.
 
+        SETUP::
+
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import BilinearFormEJA
+
+        TESTS:
+
+        Ensure that this is one-half of the trace inner-product when
+        the algebra isn't just the reals (when ``n`` isn't one). This
+        is in Faraut and Koranyi, and also my "On the symmetry..."
+        paper::
 
-class JordanSpinEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
+            sage: set_random_seed()
+            sage: n = ZZ.random_element(2,5)
+            sage: M = matrix.random(QQ, max(0,n-1), algorithm='unimodular')
+            sage: B = M.transpose()*M
+            sage: J = BilinearFormEJA(n, B=B)
+            sage: x = J.random_element()
+            sage: y = J.random_element()
+            sage: x.inner_product(y) == (x*y).trace()/2
+            True
+
+        """
+        xvec = x.to_vector()
+        xbar = xvec[1:]
+        yvec = y.to_vector()
+        ybar = yvec[1:]
+        return x[0]*y[0] + (self._B*xbar).inner_product(ybar)
+
+
+class JordanSpinEJA(BilinearFormEJA):
     """
     The rank-2 simple EJA consisting of real vectors ``x=(x0, x_bar)``
     with the usual inner product and jordan product ``x*y =
-    (<x_bar,y_bar>, x0*y_bar + y0*x_bar)``. It has dimension `n` over
+    (<x,y>, x0*y_bar + y0*x_bar)``. It has dimension `n` over
     the reals.
 
     SETUP::
@@ -1726,42 +2179,9 @@ class JordanSpinEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
         sage: JordanSpinEJA(2, prefix='B').gens()
         (B0, B1)
 
-    """
-    def __init__(self, n, field=QQ, **kwargs):
-        V = VectorSpace(field, n)
-        mult_table = [[V.zero() for j in xrange(n)] for i in xrange(n)]
-        for i in xrange(n):
-            for j in xrange(n):
-                x = V.gen(i)
-                y = V.gen(j)
-                x0 = x[0]
-                xbar = x[1:]
-                y0 = y[0]
-                ybar = y[1:]
-                # z = x*y
-                z0 = x.inner_product(y)
-                zbar = y0*xbar + x0*ybar
-                z = V([z0] + zbar.list())
-                mult_table[i][j] = z
-
-        # The rank of the spin algebra is two, unless we're in a
-        # one-dimensional ambient space (because the rank is bounded by
-        # the ambient dimension).
-        fdeja = super(JordanSpinEJA, self)
-        return fdeja.__init__(field, mult_table, rank=min(n,2), **kwargs)
-
-    def inner_product(self, x, y):
-        """
-        Faster to reimplement than to use natural representations.
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import JordanSpinEJA
-
-        TESTS:
+    TESTS:
 
-        Ensure that this is the usual inner product for the algebras
-        over `R^n`::
+        Ensure that we have the usual inner product on `R^n`::
 
             sage: set_random_seed()
             sage: J = JordanSpinEJA.random_instance()
@@ -1771,5 +2191,97 @@ class JordanSpinEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
             sage: x.inner_product(y) == J.natural_inner_product(X,Y)
             True
 
-        """
-        return x.to_vector().inner_product(y.to_vector())
+    """
+    def __init__(self, n, field=AA, **kwargs):
+        # This is a special case of the BilinearFormEJA with the identity
+        # matrix as its bilinear form.
+        super(JordanSpinEJA, self).__init__(n, field, **kwargs)
+
+
+class TrivialEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
+    """
+    The trivial Euclidean Jordan algebra consisting of only a zero element.
+
+    SETUP::
+
+        sage: from mjo.eja.eja_algebra import TrivialEJA
+
+    EXAMPLES::
+
+        sage: J = TrivialEJA()
+        sage: J.dimension()
+        0
+        sage: J.zero()
+        0
+        sage: J.one()
+        0
+        sage: 7*J.one()*12*J.one()
+        0
+        sage: J.one().inner_product(J.one())
+        0
+        sage: J.one().norm()
+        0
+        sage: J.one().subalgebra_generated_by()
+        Euclidean Jordan algebra of dimension 0 over Algebraic Real Field
+        sage: J.rank()
+        0
+
+    """
+    def __init__(self, field=AA, **kwargs):
+        mult_table = []
+        super(TrivialEJA, self).__init__(field,
+                                         mult_table,
+                                         check_axioms=False,
+                                         **kwargs)
+        # The rank is zero using my definition, namely the dimension of the
+        # largest subalgebra generated by any element.
+        self.rank.set_cache(0)
+
+
+class DirectSumEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
+    r"""
+    The external (orthogonal) direct sum of two other Euclidean Jordan
+    algebras. Essentially the Cartesian product of its two factors.
+    Every Euclidean Jordan algebra decomposes into an orthogonal
+    direct sum of simple Euclidean Jordan algebras, so no generality
+    is lost by providing only this construction.
+
+    SETUP::
+
+        sage: from mjo.eja.eja_algebra import (HadamardEJA,
+        ....:                                  RealSymmetricEJA,
+        ....:                                  DirectSumEJA)
+
+    EXAMPLES::
+
+        sage: J1 = HadamardEJA(2)
+        sage: J2 = RealSymmetricEJA(3)
+        sage: J = DirectSumEJA(J1,J2)
+        sage: J.dimension()
+        8
+        sage: J.rank()
+        5
+
+    """
+    def __init__(self, J1, J2, field=AA, **kwargs):
+        n1 = J1.dimension()
+        n2 = J2.dimension()
+        n = n1+n2
+        V = VectorSpace(field, n)
+        mult_table = [ [ V.zero() for j in range(n) ]
+                       for i in range(n) ]
+        for i in range(n1):
+            for j in range(n1):
+                p = (J1.monomial(i)*J1.monomial(j)).to_vector()
+                mult_table[i][j] = V(p.list() + [field.zero()]*n2)
+
+        for i in range(n2):
+            for j in range(n2):
+                p = (J2.monomial(i)*J2.monomial(j)).to_vector()
+                mult_table[n1+i][n1+j] = V([field.zero()]*n1 + p.list())
+
+        super(DirectSumEJA, self).__init__(field,
+                                           mult_table,
+                                           check_axioms=False,
+                                           **kwargs)
+        self.rank.set_cache(J1.rank() + J2.rank())