标准型矩阵的定义(求矩阵标准型步骤)

01

这个专题是关于线性映射的,内容主要涵盖线性空间和线性变换和它们的结构,至少初步设想是这样的。更偏向于一个读书笔记,包括平时读到的一些文章,教材的阅读和课堂的笔记,所以观点会相对的比较低,更加适合阅读。希望会有一些与几何知识的互动,但是会与代数分开一些些,比如说不会聊到关于赋范空间(比如说丘的教材后面还引用的Hermite空间的傅里叶系数为基底的例子,我就觉得有些不合适了)。引用代数老师的话来说:“代数几何熔一炉”。希望这个小专题的旅程可以对你我有意义。这一次主要讲讲标准型与λ-矩阵。

02

03

不出意外的话,这篇文章是这个系列的最后一篇了,正好也算是自己期末考试代数复习的一个回顾(虽然好像不考这部分内容)。以后应该还会提到大一的代数,但是最近就不会再提到了。至于这个部分,其实可以算是well-contained的,但是真的好好学还是多读书。

既然是相似标准型,那首先应该注意的是:相似保留了什么性质。首先我们不考虑复数域上的结果(即不能分解为一次因式的乘积),那么我们能够得到:

标准型矩阵的定义(求矩阵标准型步骤)

这是很精彩的结果;不仅分解成了直和,而且给了很详尽的结构叙述与构造叙述(通过循环子空间)。同时这个结果说明了相同的不变因子组(即复数域里的相同的初等因子组),就可以得到相似的结果。即相似等价于特征方阵相抵。如果我们对Smith标准型运用这个结果,那么很自然的可以得到:

考虑到Smith标准型的结构以及复数域下可以分解为一次因式的乘积(这里觉得还是在叙述一下”定义“比较好):

04

Jordan标准型具备很好的交换性质和分离性质。交换体现在所有能与J_n(a)交换的矩阵都是其多项式。由此可知如果各个Jordan块特征值均不同的话,所有能与其交换的矩阵都是其多项式(这在几何上是很好考虑的,如果认识到它是一个循环子空间的话)。而复杂一点的所有和它交换的矩阵满足性质(我没证明过,估摸着是对的(这样是不对的!),毕竟以后还有很久要考虑和交换相关的问题):

最后还有一个问题,就是关于怎么相似到Jordan标准型的问题,也就是如何求出可逆复矩阵。一般来说呢,还是按照解方程的方法好了(具体可以参考书intro部分解一个微分方程组的例子)。这里提一个让我第一次见有些意外的方法,其实仔细读来就是从第一个证明”脱胎“出来的(我懒得整理了,想读的直接读好了):

05

其实有很多好的结构,但是我常常因为觉得自己认识的太浅而觉得不适合分享(尤其在代数),比如说AX-XB=0的解,AX-XA这样的矩阵性质,或者是一些交换群的问题,模论之类的,特别是一些矩阵的分解的一类结果。我想以后如果真的代数学的比较好了(或者比较清闲了)还是会写下来的。这个部分不算是单抓主线,我觉得细节大致有提清楚(我觉得)。

关于大一的Jordan标准型就到这里了。

06

最后——如果有还没读大一的同学看到这句话——要读高等代数——去读李尚志老师的《线性代数》。

发表评论

登录后才能评论