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eja: make two subalgebra tests more general.
[sage.d.git] / mjo / eja / eja_algebra.py
index 725cd7132343ee6f3ba5769d8053aaff32501560..c33352c85d92c11022804ac1d2e6ce57aad7177f 100644 (file)
@@ -13,6 +13,7 @@ from sage.combinat.free_module import CombinatorialFreeModule
 from sage.matrix.constructor import matrix
 from sage.matrix.matrix_space import MatrixSpace
 from sage.misc.cachefunc import cached_method
+from sage.misc.lazy_import import lazy_import
 from sage.misc.prandom import choice
 from sage.misc.table import table
 from sage.modules.free_module import FreeModule, VectorSpace
@@ -20,6 +21,8 @@ from sage.rings.all import (ZZ, QQ, RR, RLF, CLF,
                             PolynomialRing,
                             QuadraticField)
 from mjo.eja.eja_element import FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebraElement
+lazy_import('mjo.eja.eja_subalgebra',
+            'FiniteDimensionalEuclideanJordanSubalgebra')
 from mjo.eja.eja_utils import _mat2vec
 
 class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
@@ -363,7 +366,7 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
 
         SETUP::
 
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import JordanSpinEJA
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import JordanSpinEJA, TrivialEJA
 
         EXAMPLES:
 
@@ -377,6 +380,16 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             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()
+            1
+
         """
         r = self.rank()
         n = self.dimension()
@@ -434,7 +447,8 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
 
         SETUP::
 
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import ComplexHermitianEJA
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (ComplexHermitianEJA,
+            ....:                                  TrivialEJA)
 
         EXAMPLES::
 
@@ -442,6 +456,12 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             sage: J.is_trivial()
             False
 
+        ::
+
+            sage: J = TrivialEJA()
+            sage: J.is_trivial()
+            True
+
         """
         return self.dimension() == 0
 
@@ -614,6 +634,42 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
         return self.linear_combination(zip(self.gens(), coeffs))
 
 
+    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.
+        """
+        if not c.is_idempotent():
+            raise ValueError("element is not idempotent: %s" % c)
+
+        # Default these to what they should be if they turn out to be
+        # trivial, because eigenspaces_left() won't return eigenvalues
+        # corresponding to trivial spaces (e.g. it returns only the
+        # eigenspace corresponding to lambda=1 if you take the
+        # decomposition relative to the identity element).
+        trivial = FiniteDimensionalEuclideanJordanSubalgebra(self, ())
+        J0 = trivial # eigenvalue zero
+        J2 = trivial # eigenvalue one-half
+        J1 = trivial # eigenvalue one
+
+        for (eigval, eigspace) in c.operator().matrix().left_eigenspaces():
+            gens = tuple( self.from_vector(b) for b in eigspace.basis() )
+            subalg = FiniteDimensionalEuclideanJordanSubalgebra(self, gens)
+            if eigval == 0:
+                J0 = subalg
+            elif eigval == ~(self.base_ring()(2)):
+                J2 = subalg
+            elif eigval == 1:
+                J1 = subalg
+            else:
+                raise ValueError("unexpected eigenvalue: %s" % eigval)
+
+        return (J0, J2, J1)
+
+
     def random_elements(self, count):
         """
         Return ``count`` random elements as a tuple.
@@ -759,6 +815,11 @@ class KnownRankEJA(object):
         Beware, this will crash for "most instances" because the
         constructor below looks wrong.
         """
+        if cls is TrivialEJA:
+            # The TrivialEJA class doesn't take an "n" argument because
+            # there's only one.
+            return cls(field)
+
         n = ZZ.random_element(cls._max_test_case_size()) + 1
         return cls(n, field, **kwargs)
 
@@ -837,32 +898,10 @@ class RealCartesianProductEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra,
         return x.to_vector().inner_product(y.to_vector())
 
 
-def random_eja(field=QQ):
+def random_eja(field=QQ, nontrivial=False):
     """
     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
@@ -873,7 +912,10 @@ def random_eja(field=QQ):
         Euclidean Jordan algebra of dimension...
 
     """
-    classname = choice(KnownRankEJA.__subclasses__())
+    eja_classes = KnownRankEJA.__subclasses__()
+    if nontrivial:
+        eja_classes.remove(TrivialEJA)
+    classname = choice(eja_classes)
     return classname.random_instance(field=field)
 
 
@@ -1839,3 +1881,40 @@ class JordanSpinEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):
 
         """
         return x.to_vector().inner_product(y.to_vector())
+
+
+class TrivialEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):
+    """
+    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 Rational Field
+        sage: J.rank()
+        0
+
+    """
+    def __init__(self, field=QQ, **kwargs):
+        mult_table = []
+        fdeja = super(TrivialEJA, self)
+        # The rank is zero using my definition, namely the dimension of the
+        # largest subalgebra generated by any element.
+        return fdeja.__init__(field, mult_table, rank=0, **kwargs)