矩阵相关知识

发布于:2022-10-14 ⋅ 阅读:(453) ⋅ 点赞:(0)

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1. 任何矩阵A(sxn)可以初等变换为标准型

 2. 任何方阵A(nxn)可以变换为对角型(+模态规范性)或约当形。取决于|​编辑|的根。

3. 实对称矩阵 特殊性质。

3.1 A必可正交化 矩阵能化成什么根本上由目录二指出。且P逆=PT。

3.2 实对称矩阵A的不同特征值对应的特征向量是正交的。

3.3 实对称矩阵A的特征值都是实数,特征向量都是实向量。

3.4 n阶实对称矩阵A必可对角化,且相似对角阵上的元素即为矩阵本身特征值。

3.5 若λ0具有k重特征值 必有k个线性无关的特征向量,或者说必有秩r(λ0E-A)=n-k,其中E为单位矩阵。

4. 酉矩阵

5. 次酉矩阵

6. 正交矩阵

7. 正规矩阵


1. 任何矩阵A(sxn)可以初等变换为标准型

(参考高等代数4.6初等矩阵)

 

 

 2. 任何方阵A(nxn)可以变换为对角型(+模态规范性)或约当形。取决于|\lambda I-A|的根。

(参考 现代控制理论)

3. 实对称矩阵 特殊性质。

方阵A(nxn)为实对称矩阵,则

3.1 A必可正交化 矩阵能化成什么根本上由目录二指出。且P逆=PT。

 A = P\tilde A{P^{ - 1}}{\rm{ = }}P\tilde A{P^T},即{P^{ - 1}} = {P^T},即{P^T}P = I = P{P^T},即P是正交矩阵,即P是实数化的酉矩阵。

关于P逆=PT的理解:

         从初等变换上,\widetilde A\是对角矩阵,其行怎么进行变换,列就怎么进行变换,那肯定得到对称矩阵。对应到数学形式上,

        \[{P_n}...{P_2}{P_1} \cdot \widetilde A \cdot {P_1}{P_2}...{P_n} = ({P_n}...{P_2}{P_1})\widetilde A{({P_n}...{P_2}{P_1})^T} = P\widetilde A{P^T}\]

        即对角矩阵,两边乘以转置矩阵后,变为对称矩阵。

3.2 实对称矩阵A的不同特征值对应的特征向量是正交的。

3.3 实对称矩阵A的特征值都是实数,特征向量都是实向量。

3.4 n阶实对称矩阵A必可对角化,且相似对角阵上的元素即为矩阵本身特征值。

3.5 若λ0具有k重特征值 必有k个线性无关的特征向量,或者说必有秩r(λ0E-A)=n-k,其中E为单位矩阵。

        根据目录二,一个矩阵A能化成什么,取决于|\lambda I-A|。

        A无重根时,又都是实数,可以直接化为正交型。

        A有k重根时,先约当型,而又有k个线性无关向量,所以约当型变为正交型

4. 酉矩阵

其实就是unit、幺矩阵,其成其转置等于1。

定义: 

 

5. 次酉矩阵

(参考酉矩阵和次酉矩阵的定义_仁者见仁智者见智的博客-CSDN博客_次酉矩阵定义

定义:
若α1 ,α2 ,…,αr 为n维标准正交列向量组,称n×r阶矩阵U1=(α1 ,α2 ,…,αr)
为次酉矩阵。记作U1∈Ur n×r .

充要条件:
U1为次酉矩阵的充要条件是U1H U1=Er

3、酉矩阵和次酉矩阵的异同
相同:
两种矩阵的列向量都是两两单位正交的

不同:
酉矩阵是方阵,而次酉矩阵不是方阵

参考:
矩阵分析(第三版)史荣昌
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原文链接:https://blog.csdn.net/CL880/article/details/121153086

6. 正交矩阵

就是酉矩阵实数化。

1. AAT=E=ATA

2. 各行、列向量是单位向量、且两两正交。

证明:(截图来自b站宋浩老师) 

3. 经常的疑问:A*AT=I=AT*A,则A一定是对称矩阵吗? 

答:否定。

例如:


>> a=[1 2 77;2 55 6;77 6 9 ]  % a是对称阵,则其P是正交阵,即c是正交的,但c非对称。

a =

     1     2    77
     2    55     6
    77     6     9

>> [c,d]=eig(a)

c =

  -0.724514929433344  -0.152103095045351   0.672266885623427
  -0.021111790241287   0.979786661485016   0.198928103315883
   0.688935707697754  -0.129933623260771   0.713081232543196


d =

 -72.160432944703203                   0                   0
                   0  53.893832737003521                   0
                   0                   0  83.266600207699653

>> c*c'

ans =

   1.000000000000000  -0.000000000000000                   0
  -0.000000000000000   1.000000000000000   0.000000000000000
                   0   0.000000000000000   1.000000000000000

7. 正规矩阵

(参考百度百科)

1. 定义:

 2. 性质:

3. 经常的疑问:AH*A=A*AH,那么A为对称阵吗?

答:从正规矩阵定义举的例子就知道,不一定对称。从目录六3知道,不一定对称。

4. 辨析 正规矩阵、正交矩阵、对称矩阵:

        正规矩阵>正交矩阵

        正规矩阵>对称矩阵

        对称矩阵和正交矩阵有交叉,但不相等。

 
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