矩阵理论知识点整理
定理10
设 -矩阵 等价于对角型 -矩阵 ,若将 的次数大于1的对角线元素分解为不同的一次因式的方幂的乘积,则所有这些一次因式的方幂(相同的按照重复的次数计算)就是 的全部初等因子。
初等因子被不变因子唯一确定但,只要 -矩阵 化为对角阵,再将次数大于等于1的对角线元素分解为不同的一次方幂的乘积,则所有这些一次因式的方幂(相同的必须重复计算)就为 的全部初等因子,即不必事先知道不变因子,可以直接求得初等因子。
求解若当标准型及可逆矩阵P:根据数字矩阵写出特征矩阵,化为对角阵后,得出初等因子,根据初等因子,写出若当标准型J,设P(X1X2X3),然后根据 得到P(X1X2X3)方阵
矩阵的最小多项式
定理1
矩阵A的最小多项式整除A的任何零化多项式,且最小多项式唯一。
N阶数字矩阵可以相似对角化,当且仅当最小多项式无重根。
矩阵的若当标准型
定理1
两个 阶数字矩阵A和B相似,当且仅当它们的特征矩阵 等价
N阶数字矩阵的特征矩阵 的秩一定是n 因此它的不变因子有n个,且乘积是A的特征多项式
推论3
两个同阶矩阵相似,当且仅当它们有相同的行列式因子,或相同的不变因子,或相同的初等因子。
定理4
每个n阶复矩阵A都与一个若当标准型矩阵相似,这个若当标准型矩阵除去其中若当块的排列次序外是被矩阵A唯一确定的。
定理:若A是n阶方阵
(1)若A是复矩阵,则A是正规阵,当且仅当A酉相似于对角阵。即
(2)若A是实矩阵,且A的特征值全是实数,则A是正规阵,当且仅当A正交相似于对角阵,即
证明:1.必要性:设存在酉矩阵P使得 则
, 即为正规阵2.充分性:若A是正规阵,则满足 则。。。。。。。。。。。
推论:任一Hermite 矩阵A酉相似于对角阵,
满秩分解
设 则存在列满秩矩阵 和行满秩矩阵 使得A=CD
求A的满秩分解:根据数字矩阵A写出分块矩阵(A E)进行初等行变换得(B P)其中B= ,根据求得的P求出 然后对 进行列分块,得到C= 。则A=CD
第2章
实积空间(欧氏空间)
A为过渡矩阵(对称且正定)
N维欧氏空间V中两组不同基的度量矩阵是合同的。
任一实对称矩阵A酉相似于对角阵,
推论:设A是n阶正规阵
(1)A是Hermite矩阵,当且仅当A的特征值全是实数
(2)A是反Hermite矩阵,当且仅当A的特征值全是0或者纯虚数
(3)A是酉矩阵,当且仅当A的每个特征值的模长是1 。
证明:
定理:设A是n阶Hermite 矩阵(实对称矩阵)则
证明:
一线性空间与线性变换
正交基及正交补
由欧氏空间V的任意一组基 都可以构造出V的一组标准正交基。
设V1V2是欧氏空间V的两个正交基子空间,则V1+V2是直和,两个子空间互为正交补
正交变换
正交变换的等价条件
证明:
对称变换
复积空间(酉空间)
酉空间两组标准正交基的过渡矩阵一定是酉矩阵
酉空间V的线性变换T满足
酉空间变换的等价条件
酉对称变换(Hermite变换):
奇异值分解
设A是 阶复矩阵, 是A的所有的非零奇异值,则存在m阶酉矩阵P、n阶酉矩阵Q,使得 其中, 是对角阵,等式 是A的奇异值分解
对于一个 阶复矩阵A来说,n阶方阵 是半正定的,及特征值是全部大于或者等于0,这些特征值的平方根便是A的奇异值。
求A的奇异值分解:根据数字矩阵A得到 ,根据特征矩阵得到特征值, 并计算出每个特征值对应的特征向量, 则
推论5
-矩阵的施密斯标准型是唯一的由施密斯标准可以得到行列式因子推论6
两个 -矩阵等价,当且仅当它们有相同的行列式因子,或者相同的不变因子
推论7
-矩阵 可逆,当且仅当它可以表示为初等矩阵的乘积
推论8
两个 等价当且仅当存在一个m阶的可逆 -矩阵 和一个n阶的 -矩阵 使得
推论9
两个 -矩阵等价,当且仅当它们有相同的初等因子和相同的秩
定理2
矩阵A的最小多项式的根一定是A的特征值,反之,矩阵A的特征值一定是最小多项式的根。
求最小多项式:根据数字矩阵写出特征多项式 ,根据特征多项式得到最小多项式的形式,然后根据 确定最小多项式。
矩阵的若干分解
设A为n阶复矩阵,则存在酉矩阵Q和上三角阵R使得A=QR
方法:根据数字矩阵 列出 ,正交化单位化后,得到 ,即 根据 得R。
数域及多项式
数域:关于加减乘除全部封闭,如有理数集Q,实数集R,复数集C
线性空间
零元唯一,负元唯一
基变换与坐标变换
由基 的过渡矩阵A是可逆的。
线性子空间(关于加法和数乘封闭)
平凡子空间:零子空间和线性空间本身
维数公式:
线性空间的等价条件
3、
-矩阵及其标准型
定理1
-矩阵 可逆的充分必要条件是行列式 是非零常数
引理2
-矩阵 = 的左上角元素 不为0,并且 中至少有一个元素不能被它整除,那么一定可以找到一个与 等价的 使得 且 的次数小于 的次数。
引理3
任何非零的 -矩阵 = 等价于对角阵 是首项系数为1的多项式,且
引理4
等价的 -矩阵有相同的秩和相同的各阶行列式因子