特征子空间

更新时间:2022-08-25 14:26

特征子空间(characteristic subspace)是一类重要的子空间,即对应于线性变换的一特征值的子空间。设V是域P上的线性空间,σ是V的一个线性变换,σ的对应于特征值λ0的全体特征向量与零向量所成的集合。

定义

方阵 的属于特征值 的特征向量齐次线性方程组 即 的非零解。此方程组 的解集 是 的子空间,称为 的属于特征值 的特征子空间。

线性空间线性变换 的属于特征值 :的全体特征向量与零向量构成的集合

是 的子空间,称为 的属于特征值 的特征子空间。

只要求出了特征子空间的 的一组基,基向量的全体非零线性组合就是全体特征向量。

同一线性变换 (或方阵 )的属于不同特征值 的特征子空间之和是直和,属于不同特征值的特征向量 线性无关

对角化条件

上线性变换 如果在某组基下的矩阵 是对角阵,就称 可对角化。

在基M下的矩阵是对角阵 M的向量全部是 的特征向量 各特征子空间的直和等于 。

方阵 如果相似于对角阵,就称 可对角化。

是对角阵 P的各列是的特征向量: 。

可对角化 在任何一组基下的矩阵可对角化。

几何重数与代数重数

设 是方阵A的全部不同的特征值,每个特征值 在特征多项式 中的重数 称为 的代数重数,特征子空间 的维数 称为 几何重数,每个特征值 的几何重数≥1且≤代数重数。

可对角化 所有的特征值的几何重数等于代数重数。

特殊情形:如果n阶方阵 有n个不同的特征值,则每个特征值的代数重数和几何重数都等于1, 可对角化。

例题分析与解答

设 的线性变换 将 中每个方阵 送到它的转置 。求 的特征值和特征向量, 是否可对角化?

解 对任意 有 ,可见 是 上的恒等变换, 的属于每个特征值 的特征向量 满足 从而 ,将 代入得 ,从而 。

是 的属于特征值1的特征向量 且 是非零对称方阵。

是 的属于特征值-1的特征向量 且 是非零斜对称方阵。

存在一组由特征向量组成的基:

在这组基下的矩阵是对角阵 。

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