]> gitweb.michael.orlitzky.com - sage.d.git/blobdiff - mjo/eja/eja_algebra.py
eja: begin working on a new constructor.
[sage.d.git] / mjo / eja / eja_algebra.py
index 02cf32c7d27ff93728ad548a964ff6bee5f277d4..44d83147bbeceb4acae52d573749545dec3c4b99 100644 (file)
@@ -3,9 +3,20 @@ Euclidean Jordan Algebras. These are formally-real Jordan Algebras;
 specifically those where u^2 + v^2 = 0 implies that u = v = 0. They
 are used in optimization, and have some additional nice methods beyond
 what can be supported in a general Jordan Algebra.
+
+
+SETUP::
+
+    sage: from mjo.eja.eja_algebra import random_eja
+
+EXAMPLES::
+
+    sage: random_eja()
+    Euclidean Jordan algebra of dimension...
+
 """
 
-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 +24,56 @@ 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.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
+from mjo.eja.eja_operator import FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebraOperator
 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 an element of this algebra
+
+        """
+        return None
 
     def __init__(self,
                  field,
                  mult_table,
-                 rank,
                  prefix='e',
                  category=None,
-                 natural_basis=None):
+                 matrix_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:
 
@@ -57,9 +85,37 @@ 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
-        self._natural_basis = natural_basis
+        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._matrix_basis = matrix_basis
 
         if category is None:
             category = MagmaticAlgebras(field).FiniteDimensional()
@@ -67,7 +123,7 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
 
         fda = super(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, self)
         fda.__init__(field,
-                     range(len(mult_table)),
+                     range(n),
                      prefix=prefix,
                      category=category)
         self.print_options(bracket='')
@@ -78,13 +134,27 @@ 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 = [ [ self.vector_space().zero()
+                                         for i in range(n) ]
+                                       for j in range(n) ]
+        # take advantage of symmetry
+        for i in range(n):
+            for j in range(i+1):
+                elt = self.from_vector(mult_table[i][j])
+                self._multiplication_table[i][j] = elt
+                self._multiplication_table[j][i] = elt
+
+        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):
         """
-        Construct an element of this algebra from its natural
+        Construct an element of this algebra from its vector or matrix
         representation.
 
         This gets called only after the parent element _call_ method
@@ -93,7 +163,7 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
         SETUP::
 
             sage: from mjo.eja.eja_algebra import (JordanSpinEJA,
-            ....:                                  RealCartesianProductEJA,
+            ....:                                  HadamardEJA,
             ....:                                  RealSymmetricEJA)
 
         EXAMPLES:
@@ -112,16 +182,16 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             sage: J(A)
             Traceback (most recent call last):
             ...
-            ArithmeticError: vector is not in free module
+            ValueError: not an element of this algebra
 
         TESTS:
 
         Ensure that we can convert any element of the two non-matrix
-        simple algebras (whose natural representations are their usual
-        vector representations) back and forth faithfully::
+        simple algebras (whose matrix representations are columns)
+        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
@@ -129,49 +199,37 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             sage: x = J.random_element()
             sage: J(x.to_vector().column()) == x
             True
-
         """
+        msg = "not an element of this algebra"
         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")
+        if elt not in self.matrix_space():
+            raise ValueError(msg)
 
         # Thanks for nothing! Matrix spaces aren't vector spaces in
-        # Sage, so we have to figure out its natural-basis coordinates
+        # Sage, so we have to figure out its matrix-basis coordinates
         # ourselves. We use the basis space's ring instead of the
         # element's ring because the basis space might be an algebraic
         # closure whereas the base ring of the 3-by-3 identity matrix
         # could be QQ instead of QQbar.
-        V = VectorSpace(basis_space.base_ring(), elt.nrows()*elt.ncols())
-        W = V.span_of_basis( _mat2vec(s) for s in natural_basis )
-        coords =  W.coordinate_vector(_mat2vec(elt))
-        return self.from_vector(coords)
-
-
-    @staticmethod
-    def _max_test_case_size():
-        """
-        Return an integer "size" that is an upper bound on the size of
-        this algebra when it is used in a random test
-        case. Unfortunately, the term "size" is quite vague -- when
-        dealing with `R^n` under either the Hadamard or Jordan spin
-        product, the "size" refers to the dimension `n`. When dealing
-        with a matrix algebra (real symmetric or complex/quaternion
-        Hermitian), it refers to the size of the matrix, which is
-        far less than the dimension of the underlying vector space.
+        V = VectorSpace(self.base_ring(), elt.nrows()*elt.ncols())
+        W = V.span_of_basis( _mat2vec(s) for s in self.matrix_basis() )
 
-        We default to five in this class, which is safe in `R^n`. The
-        matrix algebra subclasses (or any class where the "size" is
-        interpreted to be far less than the dimension) should override
-        with a smaller number.
-        """
-        return 5
+        try:
+            coords =  W.coordinate_vector(_mat2vec(elt))
+        except ArithmeticError:  # vector is not in free module
+            raise ValueError(msg)
 
+        return self.from_vector(coords)
 
     def _repr_(self):
         """
@@ -185,8 +243,8 @@ 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 +255,74 @@ 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)
-
-
-    @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.
-        """
-        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())
-
+    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 characteristic_polynomial(self):
+    def characteristic_polynomial_of(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 +334,7 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
 
         SETUP::
 
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import JordanSpinEJA
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import JordanSpinEJA, TrivialEJA
 
         EXAMPLES:
 
@@ -375,42 +342,64 @@ 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 (t**r + sum( a[k]*(t**k) for k in range(r) ))
+
+    def coordinate_polynomial_ring(self):
+        r"""
+        The multivariate polynomial ring in which this algebra's
+        :meth:`characteristic_polynomial_of` lives.
+
+        SETUP::
+
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (HadamardEJA,
+            ....:                                  RealSymmetricEJA)
+
+        EXAMPLES::
 
-        return sum( a[k]*(t**k) for k in xrange(len(a)) )
+            sage: J = HadamardEJA(2)
+            sage: J.coordinate_polynomial_ring()
+            Multivariate Polynomial Ring in X1, X2...
+            sage: J = RealSymmetricEJA(3,QQ)
+            sage: J.coordinate_polynomial_ring()
+            Multivariate Polynomial Ring in X1, X2, X3, X4, X5, X6...
 
+        """
+        var_names = tuple( "X%d" % z for z in range(1, self.dimension()+1) )
+        return PolynomialRing(self.base_ring(), var_names)
 
     def inner_product(self, x, y):
         """
@@ -422,12 +411,14 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
 
         SETUP::
 
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import random_eja
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (random_eja,
+            ....:                                  HadamardEJA,
+            ....:                                  BilinearFormEJA)
 
         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()
@@ -435,10 +426,34 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             sage: (x*y).inner_product(z) == y.inner_product(x*z)
             True
 
+        TESTS:
+
+        Ensure that this is the usual inner product for the algebras
+        over `R^n`::
+
+            sage: set_random_seed()
+            sage: J = HadamardEJA.random_instance()
+            sage: x,y = J.random_elements(2)
+            sage: actual = x.inner_product(y)
+            sage: expected = x.to_vector().inner_product(y.to_vector())
+            sage: actual == expected
+            True
+
+        Ensure that this is one-half of the trace inner-product in a
+        BilinearFormEJA that isn't just the reals (when ``n`` isn't
+        one). This is in Faraut and Koranyi, and also my "On the
+        symmetry..." paper::
+
+            sage: set_random_seed()
+            sage: J = BilinearFormEJA.random_instance()
+            sage: n = J.dimension()
+            sage: x = J.random_element()
+            sage: y = J.random_element()
+            sage: (n == 1) or (x.inner_product(y) == (x*y).trace()/2)
+            True
         """
-        X = x.natural_representation()
-        Y = y.natural_representation()
-        return self.natural_inner_product(X,Y)
+        B = self._inner_product_matrix
+        return (B*x.to_vector()).inner_product(y.to_vector())
 
 
     def is_trivial(self):
@@ -449,15 +464,19 @@ 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
 
         """
@@ -491,25 +510,40 @@ 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
         return table(M, header_row=True, header_column=True, frame=True)
 
 
-    def natural_basis(self):
+    def matrix_basis(self):
         """
-        Return a more-natural representation of this algebra's basis.
+        Return an (often more natural) representation of this algebras
+        basis as an ordered tuple of matrices.
 
-        Every finite-dimensional Euclidean Jordan Algebra is a direct
-        sum of five simple algebras, four of which comprise Hermitian
-        matrices. This method returns the original "natural" basis
-        for our underlying vector space. (Typically, the natural basis
-        is used to construct the multiplication table in the first place.)
+        Every finite-dimensional Euclidean Jordan Algebra is a, up to
+        Jordan isomorphism, a direct sum of five simple
+        algebras---four of which comprise Hermitian matrices. And the
+        last type of algebra can of course be thought of as `n`-by-`1`
+        column matrices (ambiguusly called column vectors) to avoid
+        special cases. As a result, matrices (and column vectors) are
+        a natural representation format for Euclidean Jordan algebra
+        elements.
 
-        Note that this will always return a matrix. The standard basis
-        in `R^n` will be returned as `n`-by-`1` column matrices.
+        But, when we construct an algebra from a basis of matrices,
+        those matrix representations are lost in favor of coordinate
+        vectors *with respect to* that basis. We could eventually
+        convert back if we tried hard enough, but having the original
+        representations handy is valuable enough that we simply store
+        them and return them from this method.
+
+        Why implement this for non-matrix algebras? Avoiding special
+        cases for the :class:`BilinearFormEJA` pays with simplicity in
+        its own right. But mainly, we would like to be able to assume
+        that elements of a :class:`DirectSumEJA` can be displayed
+        nicely, without having to have special classes for direct sums
+        one of whose components was a matrix algebra.
 
         SETUP::
 
@@ -521,10 +555,10 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             sage: J = RealSymmetricEJA(2)
             sage: J.basis()
             Finite family {0: e0, 1: e1, 2: e2}
-            sage: J.natural_basis()
+            sage: J.matrix_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]
             )
 
         ::
@@ -532,43 +566,38 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             sage: J = JordanSpinEJA(2)
             sage: J.basis()
             Finite family {0: e0, 1: e1}
-            sage: J.natural_basis()
+            sage: J.matrix_basis()
             (
             [1]  [0]
             [0], [1]
             )
-
         """
-        if self._natural_basis is None:
-            M = self.natural_basis_space()
+        if self._matrix_basis is None:
+            M = self.matrix_space()
             return tuple( M(b.to_vector()) for b in self.basis() )
         else:
-            return self._natural_basis
+            return self._matrix_basis
 
 
-    def natural_basis_space(self):
+    def matrix_space(self):
         """
-        Return the matrix space in which this algebra's natural basis
-        elements live.
-        """
-        if 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()
-
+        Return the matrix space in which this algebra's elements live, if
+        we think of them as matrices (including column vectors of the
+        appropriate size).
 
-    @staticmethod
-    def natural_inner_product(X,Y):
-        """
-        Compute the inner product of two naturally-represented elements.
+        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 matrix
+        space (empty matrices) can be multiplied.
 
-        For example in the real symmetric matrix EJA, this will compute
-        the trace inner-product of two n-by-n symmetric matrices. The
-        default should work for the real cartesian product EJA, the
-        Jordan spin EJA, and the real symmetric matrices. The others
-        will have to be overridden.
+        Matrix algebras override this with something more useful.
         """
-        return (X.conjugate_transpose()*Y).trace()
+        if self.is_trivial():
+            return MatrixSpace(self.base_ring(), 0)
+        elif self._matrix_basis is None or len(self._matrix_basis) == 0:
+            return MatrixSpace(self.base_ring(), self.dimension(), 1)
+        else:
+            return self._matrix_basis[0].matrix_space()
 
 
     @cached_method
@@ -578,12 +607,12 @@ 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
 
@@ -606,6 +635,16 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             sage: actual == expected
             True
 
+        Ensure that the cached unit element (often precomputed by
+        hand) agrees with the computed one::
+
+            sage: set_random_seed()
+            sage: J = random_eja()
+            sage: cached = J.one()
+            sage: J.one.clear_cache()
+            sage: J.one() == cached
+            True
+
         """
         # We can brute-force compute the matrices of the operators
         # that correspond to the basis elements of this algebra.
@@ -617,33 +656,224 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
         # appeal to the "long vectors" isometry.
         oper_vecs = [ _mat2vec(g.operator().matrix()) for g in self.gens() ]
 
-        # Now we use basis linear algebra to find the coefficients,
+        # Now we use basic linear algebra to find the coefficients,
         # of the matrices-as-vectors-linear-combination, which should
         # work for the original algebra basis too.
-        A = matrix.column(self.base_ring(), oper_vecs)
+        A = matrix(self.base_ring(), oper_vecs)
 
         # We used the isometry on the left-hand side already, but we
         # still need to do it for the right-hand side. Recall that we
         # wanted something that summed to the identity matrix.
         b = _mat2vec( matrix.identity(self.base_ring(), self.dimension()) )
 
-        # Now if there's an identity element in the algebra, this should work.
-        coeffs = A.solve_right(b)
-        return self.linear_combination(zip(self.gens(), coeffs))
+        # Now if there's an identity element in the algebra, this
+        # should work. We solve on the left to avoid having to
+        # transpose the matrix "A".
+        return self.from_vector(A.solve_left(b))
 
 
-    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().to_matrix()
+            [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]).to_matrix()
+            [          0           0 1/2*sqrt(2)]
+            [          0           0           0]
+            [1/2*sqrt(2)           0           0]
+            sage: J.from_vector(J5.basis()[1]).to_matrix()
+            [          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().to_matrix()
+            [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
+
+        """
+        if not c.is_idempotent():
+            raise ValueError("element is not idempotent: %s" % c)
+
+        from mjo.eja.eja_subalgebra import FiniteDimensionalEuclideanJordanSubalgebra
+
+        # 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.
 
-    def random_elements(self, count):
+        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 +888,69 @@ 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):
-        """
-        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.
+    @cached_method
+    def _charpoly_coefficients(self):
+        r"""
+        The `r` polynomial coefficients of the "characteristic polynomial
+        of" function.
         """
-        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
-
-        n = ZZ.random_element(cls._max_test_case_size()) + 1
-        return cls(n, field, **kwargs)
-
+        n = self.dimension()
+        R = self.coordinate_polynomial_ring()
+        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 +980,29 @@ 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: set_random_seed()    # long time
+            sage: J = random_eja()     # long time
+            sage: caches = J.rank()    # long time
+            sage: J.rank.clear_cache() # long time
+            sage: J.rank() == cached   # long time
             True
 
         """
-        return self._rank
+        return len(self._charpoly_coefficients())
 
 
     def vector_space(self):
@@ -756,149 +1025,220 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
 
     Element = FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebraElement
 
+class RationalBasisEuclideanJordanAlgebraNg(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
+    def __init__(self,
+                 field,
+                 basis,
+                 jordan_product,
+                 inner_product,
+                 orthonormalize=True,
+                 prefix='e',
+                 category=None,
+                 check_field=True,
+                 check_axioms=True):
 
-class RealCartesianProductEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
+        n = len(basis)
+        vector_basis = basis
+
+        from sage.matrix.matrix import is_Matrix
+        basis_is_matrices = False
+
+        degree = 0
+        if n > 0:
+            if is_Matrix(basis[0]):
+                basis_is_matrices = True
+                vector_basis = tuple( map(_mat2vec,basis) )
+                degree = basis[0].nrows()**2
+            else:
+                degree = basis[0].degree()
+
+        V = VectorSpace(field, degree)
+
+        self._deorthonormalization_matrix = matrix.identity(field,n)
+        if orthonormalize:
+            A = matrix(field, vector_basis)
+            # uh oh, this is only the "usual" inner product
+            Q,R = A.gram_schmidt(orthonormal=True)
+            self._deorthonormalization_matrix = R.inverse().transpose()
+            vector_basis = Q.rows()
+            W = V.span_of_basis( vector_basis )
+            if basis_is_matrices:
+                from mjo.eja.eja_utils import _vec2mat
+                basis = tuple( map(_vec2mat,vector_basis) )
+
+        mult_table = [ [0 for i in range(n)] for j in range(n) ]
+        ip_table = [ [0 for i in range(n)] for j in range(n) ]
+
+        for i in range(n):
+            for j in range(i+1):
+                # do another mat2vec because the multiplication
+                # table is in terms of vectors
+                elt = _mat2vec(jordan_product(basis[i],basis[j]))
+                elt = W.coordinate_vector(elt)
+                mult_table[i][j] = elt
+                mult_table[j][i] = elt
+                ip = inner_product(basis[i],basis[j])
+                ip_table[i][j] = ip
+                ip_table[j][i] = ip
+
+        self._inner_product_matrix = matrix(field,ip_table)
+
+        if basis_is_matrices:
+            for m in basis:
+                m.set_immutable()
+
+        super().__init__(field,
+                         mult_table,
+                         prefix,
+                         category,
+                         basis,
+                         check_field,
+                         check_axioms)
+
+class RationalBasisEuclideanJordanAlgebra(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
+    r"""
+    Algebras whose basis consists of vectors with rational
+    entries. Equivalently, algebras whose multiplication tables
+    contain only rational coefficients.
+
+    When an EJA has a basis that can be made rational, we can speed up
+    the computation of its characteristic polynomial by doing it over
+    ``QQ``. All of the named EJA constructors that we provide fall
+    into this category.
     """
-    Return the Euclidean Jordan Algebra corresponding to the set
-    `R^n` under the Hadamard product.
+    @cached_method
+    def _charpoly_coefficients(self):
+        r"""
+        Override the parent method with something that tries to compute
+        over a faster (non-extension) field.
 
-    Note: this is nothing more than the Cartesian product of ``n``
-    copies of the spin algebra. Once Cartesian product algebras
-    are implemented, this can go.
+        SETUP::
 
-    SETUP::
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import JordanSpinEJA
 
-        sage: from mjo.eja.eja_algebra import RealCartesianProductEJA
+        EXAMPLES:
 
-    EXAMPLES:
+        The base ring of the resulting polynomial coefficients is what
+        it should be, and not the rationals (unless the algebra was
+        already over the rationals)::
 
-    This multiplication table can be verified by hand::
+            sage: J = JordanSpinEJA(3)
+            sage: J._charpoly_coefficients()
+            (X1^2 - X2^2 - X3^2, -2*X1)
+            sage: a0 = J._charpoly_coefficients()[0]
+            sage: J.base_ring()
+            Algebraic Real Field
+            sage: a0.base_ring()
+            Algebraic Real Field
+
+        """
+        if self.base_ring() is QQ:
+            # There's no need to construct *another* algebra over the
+            # rationals if this one is already over the rationals.
+            superclass = super(RationalBasisEuclideanJordanAlgebra, self)
+            return superclass._charpoly_coefficients()
+
+        mult_table = tuple(
+            tuple(map(lambda x: x.to_vector(), ls))
+            for ls in self._multiplication_table
+        )
+
+        # Do the computation over the rationals. The answer will be
+        # the same, because our basis coordinates are (essentially)
+        # rational.
+        J = FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(QQ,
+                                                    mult_table,
+                                                    check_field=False,
+                                                    check_axioms=False)
+        a = J._charpoly_coefficients()
+        return tuple(map(lambda x: x.change_ring(self.base_ring()), a))
+
+
+class ConcreteEuclideanJordanAlgebra:
+    r"""
+    A class for the Euclidean Jordan algebras that we know by name.
+
+    These are the Jordan algebras whose basis, multiplication table,
+    rank, and so on are known a priori. More to the point, they are
+    the Euclidean Jordan algebras for which we are able to conjure up
+    a "random instance."
 
-        sage: J = RealCartesianProductEJA(3)
-        sage: e0,e1,e2 = J.gens()
-        sage: e0*e0
-        e0
-        sage: e0*e1
-        0
-        sage: e0*e2
-        0
-        sage: e1*e1
-        e1
-        sage: e1*e2
-        0
-        sage: e2*e2
-        e2
+    SETUP::
+
+        sage: from mjo.eja.eja_algebra import ConcreteEuclideanJordanAlgebra
 
     TESTS:
 
-    We can change the generator prefix::
+    Our basis is normalized with respect to the algebra's inner
+    product, unless we specify otherwise::
 
-        sage: RealCartesianProductEJA(3, prefix='r').gens()
-        (r0, r1, r2)
+        sage: set_random_seed()
+        sage: J = ConcreteEuclideanJordanAlgebra.random_instance()
+        sage: all( b.norm() == 1 for b in J.gens() )
+        True
+
+    Since our basis is orthonormal with respect to the algebra's inner
+    product, and since we know that this algebra is an EJA, any
+    left-multiplication operator's matrix will be symmetric because
+    natural->EJA basis representation is an isometry and within the
+    EJA the operator is self-adjoint by the Jordan axiom::
 
+        sage: set_random_seed()
+        sage: J = ConcreteEuclideanJordanAlgebra.random_instance()
+        sage: x = J.random_element()
+        sage: x.operator().is_self_adjoint()
+        True
     """
-    def __init__(self, n, field=QQ, **kwargs):
-        V = VectorSpace(field, n)
-        mult_table = [ [ V.gen(i)*(i == j) for j in xrange(n) ]
-                       for i in xrange(n) ]
 
-        fdeja = super(RealCartesianProductEJA, self)
-        return fdeja.__init__(field, mult_table, rank=n, **kwargs)
+    @staticmethod
+    def _max_random_instance_size():
+        """
+        Return an integer "size" that is an upper bound on the size of
+        this algebra when it is used in a random test
+        case. Unfortunately, the term "size" is ambiguous -- when
+        dealing with `R^n` under either the Hadamard or Jordan spin
+        product, the "size" refers to the dimension `n`. When dealing
+        with a matrix algebra (real symmetric or complex/quaternion
+        Hermitian), it refers to the size of the matrix, which is far
+        less than the dimension of the underlying vector space.
 
-    def inner_product(self, x, y):
+        This method must be implemented in each subclass.
         """
-        Faster to reimplement than to use natural representations.
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import RealCartesianProductEJA
-
-        TESTS:
-
-        Ensure that this is the usual inner product for the algebras
-        over `R^n`::
-
-            sage: set_random_seed()
-            sage: J = RealCartesianProductEJA.random_instance()
-            sage: x,y = J.random_elements(2)
-            sage: X = x.natural_representation()
-            sage: Y = y.natural_representation()
-            sage: x.inner_product(y) == J.natural_inner_product(X,Y)
-            True
+        raise NotImplementedError
 
+    @classmethod
+    def random_instance(cls, field=AA, **kwargs):
         """
-        return x.to_vector().inner_product(y.to_vector())
-
-
-def random_eja():
-    """
-    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
-
-    TESTS::
-
-        sage: random_eja()
-        Euclidean Jordan algebra of dimension...
-
-    """
-    classname = choice([RealCartesianProductEJA,
-                        JordanSpinEJA,
-                        RealSymmetricEJA,
-                        ComplexHermitianEJA,
-                        QuaternionHermitianEJA])
-    return classname.random_instance()
-
-
-
+        Return a random instance of this type of algebra.
 
+        This method should be implemented in each subclass.
+        """
+        from sage.misc.prandom import choice
+        eja_class = choice(cls.__subclasses__())
+        return eja_class.random_instance(field)
 
 
 class MatrixEuclideanJordanAlgebra(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
-    @staticmethod
-    def _max_test_case_size():
-        # Play it safe, since this will be squared and the underlying
-        # field can have dimension 4 (quaternions) too.
-        return 2
 
-    def __init__(self, field, basis, rank, normalize_basis=True, **kwargs):
+    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_coeff() override.
+        # Used in this class's fast _charpoly_coefficients() override.
         self._basis_normalizers = None
 
         # 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 rank > 1 and normalize_basis:
+        algebra_dim = len(basis)
+        degree = 0 # size of the matrices
+        if algebra_dim > 0:
+            degree = basis[0].nrows()
+
+        if algebra_dim > 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.
@@ -906,76 +1246,99 @@ class MatrixEuclideanJordanAlgebra(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
             z = R.gen()
             p = z**2 - 2
             if p.is_irreducible():
-                field = NumberField(p, 'sqrt2', embedding=RLF(2).sqrt())
+                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 basis )
-            basis = tuple(s*c for (s,c) in izip(basis,self._basis_normalizers))
+                ~(self.matrix_inner_product(s,s).sqrt()) for s in basis )
+            basis = tuple(s*c for (s,c) in zip(basis,self._basis_normalizers))
+
+        # Now compute the multiplication and inner product tables.
+        # We have to do this *after* normalizing the basis, because
+        # scaling affects the answers.
+        V = VectorSpace(field, degree**2)
+        W = V.span_of_basis( _mat2vec(s) for s in basis )
+        mult_table = [[W.zero() for j in range(algebra_dim)]
+                                for i in range(algebra_dim)]
+        ip_table = [[W.zero() for j in range(algebra_dim)]
+                              for i in range(algebra_dim)]
+        for i in range(algebra_dim):
+            for j in range(algebra_dim):
+                mat_entry = (basis[i]*basis[j] + basis[j]*basis[i])/2
+                mult_table[i][j] = W.coordinate_vector(_mat2vec(mat_entry))
 
-        Qs = self.multiplication_table_from_matrix_basis(basis)
+                try:
+                    # HACK: ignore the error here if we don't need the
+                    # inner product (as is the case when we construct
+                    # a dummy QQ-algebra for fast charpoly coefficients.
+                    ip_table[i][j] = self.matrix_inner_product(basis[i],
+                                                                basis[j])
+                except:
+                    pass
 
-        fdeja = super(MatrixEuclideanJordanAlgebra, self)
-        return fdeja.__init__(field,
-                              Qs,
-                              rank=rank,
-                              natural_basis=basis,
-                              **kwargs)
+        try:
+            # HACK PART DEUX
+            self._inner_product_matrix = matrix(field,ip_table)
+        except:
+            pass
+
+        super(MatrixEuclideanJordanAlgebra, self).__init__(field,
+                                                           mult_table,
+                                                           matrix_basis=basis,
+                                                           **kwargs)
+
+        if algebra_dim == 0:
+            self.one.set_cache(self.zero())
+        else:
+            n = basis[0].nrows()
+            # The identity wrt (A,B) -> (AB + BA)/2 is independent of the
+            # details of this algebra.
+            self.one.set_cache(self(matrix.identity(field,n)))
 
 
     @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)
-        else:
-            basis = ( (b/n) for (b,n) in izip(self.natural_basis(),
-                                              self._basis_normalizers) )
-            field = self.base_ring().base_ring() # yeeeaahhhhhhh
-            J = MatrixEuclideanJordanAlgebra(field,
-                                             basis,
-                                             self.rank(),
-                                             normalize_basis=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)
-
-
-    @staticmethod
-    def multiplication_table_from_matrix_basis(basis):
-        """
-        At least three of the five simple Euclidean Jordan algebras have the
-        symmetric multiplication (A,B) |-> (AB + BA)/2, where the
-        multiplication on the right is matrix multiplication. Given a basis
-        for the underlying matrix space, this function returns a
-        multiplication table (obtained by looping through the basis
-        elements) for an algebra of those matrices.
-        """
-        # In S^2, for example, we nominally have four coordinates even
-        # though the space is of dimension three only. The vector space V
-        # 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.
-        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):
-                mat_entry = (basis[i]*basis[j] + basis[j]*basis[i])/2
-                mult_table[i][j] = W.coordinate_vector(_mat2vec(mat_entry))
-
-        return mult_table
+        if self._basis_normalizers is None or self.base_ring() is QQ:
+            # We didn't normalize, or the basis we started with had
+            # entries in a nice field already. Just compute the thing.
+            return super(MatrixEuclideanJordanAlgebra, self)._charpoly_coefficients()
+
+        basis = ( (b/n) for (b,n) in zip(self.matrix_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
@@ -1002,22 +1365,17 @@ class MatrixEuclideanJordanAlgebra(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
         """
         raise NotImplementedError
 
-
     @classmethod
-    def natural_inner_product(cls,X,Y):
+    def matrix_inner_product(cls,X,Y):
         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]
@@ -1041,7 +1399,8 @@ class RealMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
         return M
 
 
-class RealSymmetricEJA(RealMatrixEuclideanJordanAlgebra):
+class RealSymmetricEJA(RealMatrixEuclideanJordanAlgebra,
+                       ConcreteEuclideanJordanAlgebra):
     """
     The rank-n simple EJA consisting of real symmetric n-by-n
     matrices, the usual symmetric Jordan product, and the trace inner
@@ -1062,12 +1421,20 @@ 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`::
 
         sage: set_random_seed()
-        sage: n_max = RealSymmetricEJA._max_test_case_size()
+        sage: n_max = RealSymmetricEJA._max_random_instance_size()
         sage: n = ZZ.random_element(1, n_max)
         sage: J = RealSymmetricEJA(n)
         sage: J.dimension() == (n^2 + n)/2
@@ -1078,9 +1445,9 @@ class RealSymmetricEJA(RealMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         sage: set_random_seed()
         sage: J = RealSymmetricEJA.random_instance()
         sage: x,y = J.random_elements(2)
-        sage: actual = (x*y).natural_representation()
-        sage: X = x.natural_representation()
-        sage: Y = y.natural_representation()
+        sage: actual = (x*y).to_matrix()
+        sage: X = x.to_matrix()
+        sage: Y = y.to_matrix()
         sage: expected = (X*Y + Y*X)/2
         sage: actual == expected
         True
@@ -1092,24 +1459,10 @@ class RealSymmetricEJA(RealMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         sage: RealSymmetricEJA(3, prefix='q').gens()
         (q0, q1, q2, q3, q4, q5)
 
-    Our natural basis is normalized with respect to the natural inner
-    product unless we specify otherwise::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: J = RealSymmetricEJA.random_instance()
-        sage: all( b.norm() == 1 for b in J.gens() )
-        True
-
-    Since our natural basis is normalized with respect to the natural
-    inner product, and since we know that this algebra is an EJA, any
-    left-multiplication operator's matrix will be symmetric because
-    natural->EJA basis representation is an isometry and within the EJA
-    the operator is self-adjoint by the Jordan axiom::
+    We can construct the (trivial) algebra of rank zero::
 
-        sage: set_random_seed()
-        sage: x = RealSymmetricEJA.random_instance().random_element()
-        sage: x.operator().matrix().is_symmetric()
-        True
+        sage: RealSymmetricEJA(0)
+        Euclidean Jordan algebra of dimension 0 over Algebraic Real Field
 
     """
     @classmethod
@@ -1133,8 +1486,8 @@ 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
@@ -1145,13 +1498,24 @@ class RealSymmetricEJA(RealMatrixEuclideanJordanAlgebra):
 
 
     @staticmethod
-    def _max_test_case_size():
+    def _max_random_instance_size():
         return 4 # Dimension 10
 
+    @classmethod
+    def random_instance(cls, field=AA, **kwargs):
+        """
+        Return a random instance of this type of algebra.
+        """
+        n = ZZ.random_element(cls._max_random_instance_size() + 1)
+        return cls(n, field, **kwargs)
 
-    def __init__(self, n, field=QQ, **kwargs):
+    def __init__(self, n, field=AA, **kwargs):
         basis = self._denormalized_basis(n, field)
-        super(RealSymmetricEJA, self).__init__(field, basis, n, **kwargs)
+        super(RealSymmetricEJA, self).__init__(field,
+                                               basis,
+                                               check_axioms=False,
+                                               **kwargs)
+        self.rank.set_cache(n)
 
 
 class ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
@@ -1169,7 +1533,7 @@ 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)
@@ -1187,9 +1551,8 @@ class ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
         Embedding is a homomorphism (isomorphism, in fact)::
 
             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: n = ZZ.random_element(3)
+            sage: F = QuadraticField(-1, 'I')
             sage: X = random_matrix(F, n)
             sage: Y = random_matrix(F, n)
             sage: Xe = ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra.real_embed(X)
@@ -1202,15 +1565,17 @@ 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
@@ -1230,15 +1595,15 @@ 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
@@ -1251,17 +1616,24 @@ 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')
@@ -1274,9 +1646,9 @@ class ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
 
 
     @classmethod
-    def natural_inner_product(cls,X,Y):
+    def matrix_inner_product(cls,X,Y):
         """
-        Compute a natural inner product in this algebra directly from
+        Compute a matrix inner product in this algebra directly from
         its real embedding.
 
         SETUP::
@@ -1291,20 +1663,21 @@ class ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
             sage: set_random_seed()
             sage: J = ComplexHermitianEJA.random_instance()
             sage: x,y = J.random_elements(2)
-            sage: Xe = x.natural_representation()
-            sage: Ye = y.natural_representation()
+            sage: Xe = x.to_matrix()
+            sage: Ye = y.to_matrix()
             sage: X = ComplexHermitianEJA.real_unembed(Xe)
             sage: Y = ComplexHermitianEJA.real_unembed(Ye)
-            sage: expected = (X*Y).trace().vector()[0]
-            sage: actual = ComplexHermitianEJA.natural_inner_product(Xe,Ye)
+            sage: expected = (X*Y).trace().real()
+            sage: actual = ComplexHermitianEJA.matrix_inner_product(Xe,Ye)
             sage: actual == expected
             True
 
         """
-        return RealMatrixEuclideanJordanAlgebra.natural_inner_product(X,Y)/2
+        return RealMatrixEuclideanJordanAlgebra.matrix_inner_product(X,Y)/2
 
 
-class ComplexHermitianEJA(ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra):
+class ComplexHermitianEJA(ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra,
+                          ConcreteEuclideanJordanAlgebra):
     """
     The rank-n simple EJA consisting of complex Hermitian n-by-n
     matrices over the real numbers, the usual symmetric Jordan product,
@@ -1315,12 +1688,22 @@ 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`::
 
         sage: set_random_seed()
-        sage: n_max = ComplexHermitianEJA._max_test_case_size()
+        sage: n_max = ComplexHermitianEJA._max_random_instance_size()
         sage: n = ZZ.random_element(1, n_max)
         sage: J = ComplexHermitianEJA(n)
         sage: J.dimension() == n^2
@@ -1331,9 +1714,9 @@ class ComplexHermitianEJA(ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         sage: set_random_seed()
         sage: J = ComplexHermitianEJA.random_instance()
         sage: x,y = J.random_elements(2)
-        sage: actual = (x*y).natural_representation()
-        sage: X = x.natural_representation()
-        sage: Y = y.natural_representation()
+        sage: actual = (x*y).to_matrix()
+        sage: X = x.to_matrix()
+        sage: Y = y.to_matrix()
         sage: expected = (X*Y + Y*X)/2
         sage: actual == expected
         True
@@ -1345,24 +1728,10 @@ class ComplexHermitianEJA(ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         sage: ComplexHermitianEJA(2, prefix='z').gens()
         (z0, z1, z2, z3)
 
-    Our natural basis is normalized with respect to the natural inner
-    product unless we specify otherwise::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: J = ComplexHermitianEJA.random_instance()
-        sage: all( b.norm() == 1 for b in J.gens() )
-        True
-
-    Since our natural basis is normalized with respect to the natural
-    inner product, and since we know that this algebra is an EJA, any
-    left-multiplication operator's matrix will be symmetric because
-    natural->EJA basis representation is an isometry and within the EJA
-    the operator is self-adjoint by the Jordan axiom::
+    We can construct the (trivial) algebra of rank zero::
 
-        sage: set_random_seed()
-        sage: x = ComplexHermitianEJA.random_instance().random_element()
-        sage: x.operator().matrix().is_symmetric()
-        True
+        sage: ComplexHermitianEJA(0)
+        Euclidean Jordan algebra of dimension 0 over Algebraic Real Field
 
     """
 
@@ -1393,7 +1762,7 @@ 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:
@@ -1402,8 +1771,8 @@ 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)
@@ -1420,10 +1789,25 @@ class ComplexHermitianEJA(ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         return ( s.change_ring(field) for s in S )
 
 
-    def __init__(self, n, field=QQ, **kwargs):
+    def __init__(self, n, field=AA, **kwargs):
         basis = self._denormalized_basis(n,field)
-        super(ComplexHermitianEJA,self).__init__(field, basis, n, **kwargs)
+        super(ComplexHermitianEJA,self).__init__(field,
+                                                 basis,
+                                                 check_axioms=False,
+                                                 **kwargs)
+        self.rank.set_cache(n)
 
+    @staticmethod
+    def _max_random_instance_size():
+        return 3 # Dimension 9
+
+    @classmethod
+    def random_instance(cls, field=AA, **kwargs):
+        """
+        Return a random instance of this type of algebra.
+        """
+        n = ZZ.random_element(cls._max_random_instance_size() + 1)
+        return cls(n, field, **kwargs)
 
 class QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
     @staticmethod
@@ -1455,8 +1839,7 @@ class QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
         Embedding is a homomorphism (isomorphism, in fact)::
 
             sage: set_random_seed()
-            sage: n_max = QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra._max_test_case_size()
-            sage: n = ZZ.random_element(n_max)
+            sage: n = ZZ.random_element(2)
             sage: Q = QuaternionAlgebra(QQ,-1,-1)
             sage: X = random_matrix(Q, n)
             sage: Y = random_matrix(Q, n)
@@ -1472,7 +1855,7 @@ 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 = []
@@ -1528,7 +1911,7 @@ 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.
@@ -1540,27 +1923,27 @@ 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)
 
 
     @classmethod
-    def natural_inner_product(cls,X,Y):
+    def matrix_inner_product(cls,X,Y):
         """
-        Compute a natural inner product in this algebra directly from
+        Compute a matrix inner product in this algebra directly from
         its real embedding.
 
         SETUP::
@@ -1575,21 +1958,22 @@ class QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
             sage: set_random_seed()
             sage: J = QuaternionHermitianEJA.random_instance()
             sage: x,y = J.random_elements(2)
-            sage: Xe = x.natural_representation()
-            sage: Ye = y.natural_representation()
+            sage: Xe = x.to_matrix()
+            sage: Ye = y.to_matrix()
             sage: X = QuaternionHermitianEJA.real_unembed(Xe)
             sage: Y = QuaternionHermitianEJA.real_unembed(Ye)
             sage: expected = (X*Y).trace().coefficient_tuple()[0]
-            sage: actual = QuaternionHermitianEJA.natural_inner_product(Xe,Ye)
+            sage: actual = QuaternionHermitianEJA.matrix_inner_product(Xe,Ye)
             sage: actual == expected
             True
 
         """
-        return RealMatrixEuclideanJordanAlgebra.natural_inner_product(X,Y)/4
+        return RealMatrixEuclideanJordanAlgebra.matrix_inner_product(X,Y)/4
 
 
-class QuaternionHermitianEJA(QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra):
-    """
+class QuaternionHermitianEJA(QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra,
+                             ConcreteEuclideanJordanAlgebra):
+    r"""
     The rank-n simple EJA consisting of self-adjoint n-by-n quaternion
     matrices, the usual symmetric Jordan product, and the
     real-part-of-trace inner product. It has dimension `2n^2 - n` over
@@ -1599,12 +1983,22 @@ 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`::
 
         sage: set_random_seed()
-        sage: n_max = QuaternionHermitianEJA._max_test_case_size()
+        sage: n_max = QuaternionHermitianEJA._max_random_instance_size()
         sage: n = ZZ.random_element(1, n_max)
         sage: J = QuaternionHermitianEJA(n)
         sage: J.dimension() == 2*(n^2) - n
@@ -1615,9 +2009,9 @@ class QuaternionHermitianEJA(QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         sage: set_random_seed()
         sage: J = QuaternionHermitianEJA.random_instance()
         sage: x,y = J.random_elements(2)
-        sage: actual = (x*y).natural_representation()
-        sage: X = x.natural_representation()
-        sage: Y = y.natural_representation()
+        sage: actual = (x*y).to_matrix()
+        sage: X = x.to_matrix()
+        sage: Y = y.to_matrix()
         sage: expected = (X*Y + Y*X)/2
         sage: actual == expected
         True
@@ -1629,24 +2023,10 @@ class QuaternionHermitianEJA(QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra):
         sage: QuaternionHermitianEJA(2, prefix='a').gens()
         (a0, a1, a2, a3, a4, a5)
 
-    Our natural basis is normalized with respect to the natural inner
-    product unless we specify otherwise::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: J = QuaternionHermitianEJA.random_instance()
-        sage: all( b.norm() == 1 for b in J.gens() )
-        True
-
-    Since our natural basis is normalized with respect to the natural
-    inner product, and since we know that this algebra is an EJA, any
-    left-multiplication operator's matrix will be symmetric because
-    natural->EJA basis representation is an isometry and within the EJA
-    the operator is self-adjoint by the Jordan axiom::
+    We can construct the (trivial) algebra of rank zero::
 
-        sage: set_random_seed()
-        sage: x = QuaternionHermitianEJA.random_instance().random_element()
-        sage: x.operator().matrix().is_symmetric()
-        True
+        sage: QuaternionHermitianEJA(0)
+        Euclidean Jordan algebra of dimension 0 over Algebraic Real Field
 
     """
     @classmethod
@@ -1682,8 +2062,8 @@ 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)
@@ -1699,19 +2079,282 @@ class QuaternionHermitianEJA(QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra):
                     S.append(Sij_J)
                     Sij_K = cls.real_embed(K*Eij - K*Eij.transpose())
                     S.append(Sij_K)
-        return 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=QQ, **kwargs):
+    def __init__(self, n, field=AA, **kwargs):
         basis = self._denormalized_basis(n,field)
-        super(QuaternionHermitianEJA,self).__init__(field, basis, n, **kwargs)
+        super(QuaternionHermitianEJA,self).__init__(field,
+                                                    basis,
+                                                    check_axioms=False,
+                                                    **kwargs)
+        self.rank.set_cache(n)
+
+    @staticmethod
+    def _max_random_instance_size():
+        r"""
+        The maximum rank of a random QuaternionHermitianEJA.
+        """
+        return 2 # Dimension 6
+
+    @classmethod
+    def random_instance(cls, field=AA, **kwargs):
+        """
+        Return a random instance of this type of algebra.
+        """
+        n = ZZ.random_element(cls._max_random_instance_size() + 1)
+        return cls(n, field, **kwargs)
+
 
+class HadamardEJA(RationalBasisEuclideanJordanAlgebra,
+                  ConcreteEuclideanJordanAlgebra):
+    """
+    Return the Euclidean Jordan Algebra corresponding to the set
+    `R^n` under the Hadamard product.
+
+    Note: this is nothing more than the Cartesian product of ``n``
+    copies of the spin algebra. Once Cartesian product algebras
+    are implemented, this can go.
+
+    SETUP::
+
+        sage: from mjo.eja.eja_algebra import HadamardEJA
+
+    EXAMPLES:
+
+    This multiplication table can be verified by hand::
+
+        sage: J = HadamardEJA(3)
+        sage: e0,e1,e2 = J.gens()
+        sage: e0*e0
+        e0
+        sage: e0*e1
+        0
+        sage: e0*e2
+        0
+        sage: e1*e1
+        e1
+        sage: e1*e2
+        0
+        sage: e2*e2
+        e2
+
+    TESTS:
+
+    We can change the generator prefix::
+
+        sage: HadamardEJA(3, prefix='r').gens()
+        (r0, r1, r2)
 
-class JordanSpinEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
+    """
+    def __init__(self, n, field=AA, **kwargs):
+        V = VectorSpace(field, n)
+        mult_table = [ [ V.gen(i)*(i == j) for j in range(n) ]
+                       for i in range(n) ]
+
+        # Inner products are real numbers and not algebra
+        # elements, so once we turn the algebra element
+        # into a vector in inner_product(), we never go
+        # back. As a result -- contrary to what we do with
+        # self._multiplication_table -- we store the inner
+        # product table as a plain old matrix and not as
+        # an algebra operator.
+        ip_table = matrix.identity(field,n)
+        self._inner_product_matrix = ip_table
+
+        super(HadamardEJA, self).__init__(field,
+                                          mult_table,
+                                          check_axioms=False,
+                                          **kwargs)
+        self.rank.set_cache(n)
+
+        if n == 0:
+            self.one.set_cache( self.zero() )
+        else:
+            self.one.set_cache( sum(self.gens()) )
+
+    @staticmethod
+    def _max_random_instance_size():
+        r"""
+        The maximum dimension of a random HadamardEJA.
+        """
+        return 5
+
+    @classmethod
+    def random_instance(cls, field=AA, **kwargs):
+        """
+        Return a random instance of this type of algebra.
+        """
+        n = ZZ.random_element(cls._max_random_instance_size() + 1)
+        return cls(n, field, **kwargs)
+
+
+class BilinearFormEJA(RationalBasisEuclideanJordanAlgebra,
+                      ConcreteEuclideanJordanAlgebra):
+    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 =
+    (<Bx,y>,y_bar>, x0*y_bar + y0*x_bar)`` where `B = 1 \times B22` is
+    a symmetric positive-definite "bilinear form" matrix. Its
+    dimension is the size of `B`, and it has rank two in dimensions
+    larger than two. It reduces to the ``JordanSpinEJA`` when `B` is
+    the identity matrix of order ``n``.
+
+    We insist that the one-by-one upper-left identity block of `B` be
+    passed in as well so that we can be passed a matrix of size zero
+    to construct a trivial algebra.
+
+    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: B = matrix.identity(AA,3)
+        sage: J0 = BilinearFormEJA(B)
+        sage: J1 = JordanSpinEJA(3)
+        sage: J0.multiplication_table() == J0.multiplication_table()
+        True
+
+    An error is raised if the matrix `B` does not correspond to a
+    positive-definite bilinear form::
+
+        sage: B = matrix.random(QQ,2,3)
+        sage: J = BilinearFormEJA(B)
+        Traceback (most recent call last):
+        ...
+        ValueError: bilinear form is not positive-definite
+        sage: B = matrix.zero(QQ,3)
+        sage: J = BilinearFormEJA(B)
+        Traceback (most recent call last):
+        ...
+        ValueError: bilinear form is not positive-definite
+
+    TESTS:
+
+    We can create a zero-dimensional algebra::
+
+        sage: B = matrix.identity(AA,0)
+        sage: J = BilinearFormEJA(B)
+        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: B11 = matrix.identity(QQ,1)
+        sage: B22 = M.transpose()*M
+        sage: B = block_matrix(2,2,[ [B11,0  ],
+        ....:                        [0, B22 ] ])
+        sage: J = BilinearFormEJA(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, B, field=AA, **kwargs):
+        n = B.nrows()
+
+        if not B.is_positive_definite():
+            raise ValueError("bilinear form is not positive-definite")
+
+        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 = (B*x).inner_product(y)
+                zbar = y0*xbar + x0*ybar
+                z = V([z0] + zbar.list())
+                mult_table[i][j] = z
+
+        # Inner products are real numbers and not algebra
+        # elements, so once we turn the algebra element
+        # into a vector in inner_product(), we never go
+        # back. As a result -- contrary to what we do with
+        # self._multiplication_table -- we store the inner
+        # product table as a plain old matrix and not as
+        # an algebra operator.
+        ip_table = B
+        self._inner_product_matrix = ip_table
+
+        super(BilinearFormEJA, self).__init__(field,
+                                              mult_table,
+                                              check_axioms=False,
+                                              **kwargs)
+
+        # 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).
+        self.rank.set_cache(min(n,2))
+
+        if n == 0:
+            self.one.set_cache( self.zero() )
+        else:
+            self.one.set_cache( self.monomial(0) )
+
+    @staticmethod
+    def _max_random_instance_size():
+        r"""
+        The maximum dimension of a random BilinearFormEJA.
+        """
+        return 5
+
+    @classmethod
+    def random_instance(cls, field=AA, **kwargs):
+        """
+        Return a random instance of this algebra.
+        """
+        n = ZZ.random_element(cls._max_random_instance_size() + 1)
+        if n.is_zero():
+            B = matrix.identity(field, n)
+            return cls(B, field, **kwargs)
+
+        B11 = matrix.identity(field,1)
+        M = matrix.random(field, n-1)
+        I = matrix.identity(field, n-1)
+        alpha = field.zero()
+        while alpha.is_zero():
+            alpha = field.random_element().abs()
+        B22 = M.transpose()*M + alpha*I
+
+        from sage.matrix.special import block_matrix
+        B = block_matrix(2,2, [ [B11,   ZZ(0) ],
+                                [ZZ(0), B22 ] ])
+
+        return cls(B, field, **kwargs)
+
+
+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::
@@ -1744,50 +2387,324 @@ class JordanSpinEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
         sage: JordanSpinEJA(2, prefix='B').gens()
         (B0, B1)
 
+    TESTS:
+
+        Ensure that we have the usual inner product on `R^n`::
+
+            sage: set_random_seed()
+            sage: J = JordanSpinEJA.random_instance()
+            sage: x,y = J.random_elements(2)
+            sage: actual = x.inner_product(y)
+            sage: expected = x.to_vector().inner_product(y.to_vector())
+            sage: actual == expected
+            True
+
     """
-    def __init__(self, n, field=QQ, **kwargs):
+    def __init__(self, n, field=AA, **kwargs):
+        # This is a special case of the BilinearFormEJA with the identity
+        # matrix as its bilinear form.
+        B = matrix.identity(field, n)
+        super(JordanSpinEJA, self).__init__(B, field, **kwargs)
+
+    @staticmethod
+    def _max_random_instance_size():
+        r"""
+        The maximum dimension of a random JordanSpinEJA.
+        """
+        return 5
+
+    @classmethod
+    def random_instance(cls, field=AA, **kwargs):
+        """
+        Return a random instance of this type of algebra.
+
+        Needed here to override the implementation for ``BilinearFormEJA``.
+        """
+        n = ZZ.random_element(cls._max_random_instance_size() + 1)
+        return cls(n, field, **kwargs)
+
+
+class TrivialEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra,
+                 ConcreteEuclideanJordanAlgebra):
+    """
+    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 = []
+        self._inner_product_matrix = matrix(field,0)
+        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)
+        self.one.set_cache( self.zero() )
+
+    @classmethod
+    def random_instance(cls, field=AA, **kwargs):
+        # We don't take a "size" argument so the superclass method is
+        # inappropriate for us.
+        return cls(field, **kwargs)
+
+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 (random_eja,
+        ....:                                  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
+
+    TESTS:
+
+    The external direct sum construction is only valid when the two factors
+    have the same base ring; an error is raised otherwise::
+
+        sage: set_random_seed()
+        sage: J1 = random_eja(AA)
+        sage: J2 = random_eja(QQ)
+        sage: J = DirectSumEJA(J1,J2)
+        Traceback (most recent call last):
+        ...
+        ValueError: algebras must share the same base field
+
+    """
+    def __init__(self, J1, J2, **kwargs):
+        if J1.base_ring() != J2.base_ring():
+            raise ValueError("algebras must share the same base field")
+        field = J1.base_ring()
+
+        self._factors = (J1, J2)
+        n1 = J1.dimension()
+        n2 = J2.dimension()
+        n = n1+n2
         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
+        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)
 
-        # 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)
+        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())
+
+
+    def factors(self):
+        r"""
+        Return the pair of this algebra's factors.
+
+        SETUP::
+
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (HadamardEJA,
+            ....:                                  JordanSpinEJA,
+            ....:                                  DirectSumEJA)
+
+        EXAMPLES::
+
+            sage: J1 = HadamardEJA(2,QQ)
+            sage: J2 = JordanSpinEJA(3,QQ)
+            sage: J = DirectSumEJA(J1,J2)
+            sage: J.factors()
+            (Euclidean Jordan algebra of dimension 2 over Rational Field,
+             Euclidean Jordan algebra of dimension 3 over Rational Field)
 
-    def inner_product(self, x, y):
         """
-        Faster to reimplement than to use natural representations.
+        return self._factors
+
+    def projections(self):
+        r"""
+        Return a pair of projections onto this algebra's factors.
 
         SETUP::
 
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import JordanSpinEJA
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (JordanSpinEJA,
+            ....:                                  ComplexHermitianEJA,
+            ....:                                  DirectSumEJA)
+
+        EXAMPLES::
+
+            sage: J1 = JordanSpinEJA(2)
+            sage: J2 = ComplexHermitianEJA(2)
+            sage: J = DirectSumEJA(J1,J2)
+            sage: (pi_left, pi_right) = J.projections()
+            sage: J.one().to_vector()
+            (1, 0, 1, 0, 0, 1)
+            sage: pi_left(J.one()).to_vector()
+            (1, 0)
+            sage: pi_right(J.one()).to_vector()
+            (1, 0, 0, 1)
+
+        """
+        (J1,J2) = self.factors()
+        m = J1.dimension()
+        n = J2.dimension()
+        V_basis = self.vector_space().basis()
+        # Need to specify the dimensions explicitly so that we don't
+        # wind up with a zero-by-zero matrix when we want e.g. a
+        # zero-by-two matrix (important for composing things).
+        P1 = matrix(self.base_ring(), m, m+n, V_basis[:m])
+        P2 = matrix(self.base_ring(), n, m+n, V_basis[m:])
+        pi_left = FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebraOperator(self,J1,P1)
+        pi_right = FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebraOperator(self,J2,P2)
+        return (pi_left, pi_right)
+
+    def inclusions(self):
+        r"""
+        Return the pair of inclusion maps from our factors into us.
+
+        SETUP::
+
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (random_eja,
+            ....:                                  JordanSpinEJA,
+            ....:                                  RealSymmetricEJA,
+            ....:                                  DirectSumEJA)
+
+        EXAMPLES::
+
+            sage: J1 = JordanSpinEJA(3)
+            sage: J2 = RealSymmetricEJA(2)
+            sage: J = DirectSumEJA(J1,J2)
+            sage: (iota_left, iota_right) = J.inclusions()
+            sage: iota_left(J1.zero()) == J.zero()
+            True
+            sage: iota_right(J2.zero()) == J.zero()
+            True
+            sage: J1.one().to_vector()
+            (1, 0, 0)
+            sage: iota_left(J1.one()).to_vector()
+            (1, 0, 0, 0, 0, 0)
+            sage: J2.one().to_vector()
+            (1, 0, 1)
+            sage: iota_right(J2.one()).to_vector()
+            (0, 0, 0, 1, 0, 1)
+            sage: J.one().to_vector()
+            (1, 0, 0, 1, 0, 1)
 
         TESTS:
 
-        Ensure that this is the usual inner product for the algebras
-        over `R^n`::
+        Composing a projection with the corresponding inclusion should
+        produce the identity map, and mismatching them should produce
+        the zero map::
 
             sage: set_random_seed()
-            sage: J = JordanSpinEJA.random_instance()
-            sage: x,y = J.random_elements(2)
-            sage: X = x.natural_representation()
-            sage: Y = y.natural_representation()
-            sage: x.inner_product(y) == J.natural_inner_product(X,Y)
+            sage: J1 = random_eja()
+            sage: J2 = random_eja()
+            sage: J = DirectSumEJA(J1,J2)
+            sage: (iota_left, iota_right) = J.inclusions()
+            sage: (pi_left, pi_right) = J.projections()
+            sage: pi_left*iota_left == J1.one().operator()
+            True
+            sage: pi_right*iota_right == J2.one().operator()
+            True
+            sage: (pi_left*iota_right).is_zero()
             True
+            sage: (pi_right*iota_left).is_zero()
+            True
+
+        """
+        (J1,J2) = self.factors()
+        m = J1.dimension()
+        n = J2.dimension()
+        V_basis = self.vector_space().basis()
+        # Need to specify the dimensions explicitly so that we don't
+        # wind up with a zero-by-zero matrix when we want e.g. a
+        # two-by-zero matrix (important for composing things).
+        I1 = matrix.column(self.base_ring(), m, m+n, V_basis[:m])
+        I2 = matrix.column(self.base_ring(), n, m+n, V_basis[m:])
+        iota_left = FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebraOperator(J1,self,I1)
+        iota_right = FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebraOperator(J2,self,I2)
+        return (iota_left, iota_right)
+
+    def inner_product(self, x, y):
+        r"""
+        The standard Cartesian inner-product.
+
+        We project ``x`` and ``y`` onto our factors, and add up the
+        inner-products from the subalgebras.
+
+        SETUP::
+
+
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (HadamardEJA,
+            ....:                                  QuaternionHermitianEJA,
+            ....:                                  DirectSumEJA)
+
+        EXAMPLE::
+
+            sage: J1 = HadamardEJA(3,QQ)
+            sage: J2 = QuaternionHermitianEJA(2,QQ,normalize_basis=False)
+            sage: J = DirectSumEJA(J1,J2)
+            sage: x1 = J1.one()
+            sage: x2 = x1
+            sage: y1 = J2.one()
+            sage: y2 = y1
+            sage: x1.inner_product(x2)
+            3
+            sage: y1.inner_product(y2)
+            2
+            sage: J.one().inner_product(J.one())
+            5
 
         """
-        return x.to_vector().inner_product(y.to_vector())
+        (pi_left, pi_right) = self.projections()
+        x1 = pi_left(x)
+        x2 = pi_right(x)
+        y1 = pi_left(y)
+        y2 = pi_right(y)
+
+        return (x1.inner_product(y1) + x2.inner_product(y2))
+
+
+
+random_eja = ConcreteEuclideanJordanAlgebra.random_instance