怎么理解这道高等代数问题。如图里面。线性代数变换规则变换里不应该是一个基吗。为什么是个多项式?

声明: 本篇文章内容主要对《高等代数》第三版第七章内容的总结,复习
说明:这块的定理看起来是哪个意思,但是证明起来还是比较困难的,只有真的理解它的证明,明白每个定理在这块真正的含义,在整章节这个体系中的作用,才能更好的运用他们。

性质: 线性空间V到自身的映射通常称为V的一个变换
即线性变换保持向量的加法和数量乘法。
3.线性变换把线性相关的向量组变成线性相关的向量组.
4.同构还可以把线性无关的向量组变成线性无关的向量组。

1.有限个线性变换的乘积还是线性变换。
2.线性变换的乘积也是线性变换,
乘积一般满足结合律,不满足交换律。
3.线性变换的和还是线性变换
性质: 线性空间V上全体线性变换,对于如上定义的加法与数量乘法,也构成数域P上一个线性空间。
1.线性变换σ可以当且仅当线性变换σ是一一对应的。(双射)
2.设α1,α2,…αn是线性空间V的一组基,σ为V的线性变换,则σ可逆当且仅当σ(α1),σ(α2),…σ(αn)线性无关。
3.可逆的线性变换把线性无关的向量组变成线性无关的向量组。

注意: 同一个线性变换的多项式的乘法是可交换的。


可以这样说:一个线性变换完全被它在一组基上的作用所决定的。
在取定一组基之后,我们就建立了由数域P上的n维线性空间V的线性变换到数域P上的n×n矩阵的一个映射.前面的结论1说明这个映射是单射,结论2说明这个映射是满射. 换句话说,我们在这二者之间建立了一个双射.这个对应的重要性表现在它保持运算,
备注: 这里的双射指的是对于任意变换,在一组确定的基下,都有唯一的矩阵与之对应。反之亦然。
重点: 定理2的几条性质需要重点理解一下,特别是是定理4,应该把这部分的重点都体现了出来。


备注: 特征向量不是被特征值唯一决定的,相反,特征值是被特征向量唯一决定的。



线性变换的值域与核都是V的子空间。
推论: 对于有限维线性空间的线性变换,它是单射的充分必要条件为它是满射。


注意:需要重点考虑一下不变子空间与线性变换矩阵化简之间的关系,这应该是不变子空间最主要的目的了吧。


根据哈密尔顿一凯菜定理,任给数域P上一个n级矩阵A,总可找到数域P上一个多项式f(x),使f(A)=0.如果多项式f(x)使f(A)=0,我们就称f(x)以A为根.当然,以A为根的多项式是很多的,其中次数最低的首项系数为1的以A为根的多项式称为A的最小多项式。
引理1:矩阵A的最小多项式是唯一的。
引理2:设g(x)是矩阵A的最小多项式,那么f(x)以A为根的充分必要条件是g(x)整除f(x)
注意:相似矩阵有相同的最小多项式。
证明:理解的不是太清楚,需要再详细看看。
注意:最小公倍式和最大公因式的表示。
定理15:数域P上n级矩阵A与对角矩阵相似的充分必要条件为A的最小多项式是P上互素的一次因式的乘积
推论:复数矩阵A与对角矩阵相似的充分必要条件是A的最小多项式没有重根

参考书籍:《高等代数》第三版 王萼芳 石生明 修订 高等教育出版社

对n维线性空间上可对角化的线性变换进行了研究,给出了其几个特殊的性质。

可对角化线性变换的几个特殊性质 呙林兵 (长江大学信息与数学学院,湖北荆州442) 303

定理 l设 V是维线性空间,为上的线性变换,盯若可对角化,且有循环向量,则有个互不相

同的特征值, a,…,是它们的对应的特征向量,劬+a+…+a设 a, a则:是的循环向量。

证明由已知,可对角化,必存在上的一组基,则使在此基下的矩阵为

先证盯有个互不相同的特征值。设有 2相同的特征值,妨设一,假个不则的最小多项式为: ( )一 (— 2 ( )— 3… ( )— )一

则 a内,, a线性相关,,…于是没有循环向量川,盾,矛因此必有个互不相同的特征值。 设口,z…, . ,,,≠, d,口是=【,… ≠的对应的特征向量,瞰。 则一,一 1 2…,,,, n因不同

因,,,互不相同,而等式右边的阶矩阵的行列式不为零

定理 2设是”维线性空问,为上的线性变换, 盯且可对角化。若。,,为d的互不相同的,… 特征值, .的特征子空间为 V k: dmV,:记: L ,= i则 :

o一,男,19年大学毕业。硕士,副教授。现主要从事高等代数方面的教学与研究工作。作 16 ) 91

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1、 苏州大学本科生毕业设计(论文) 苏州大学苏州大学 本科毕业论文 (2012 届) 浅谈矩阵的对角化问题浅谈矩阵的对角化问题 学学号号 姓名姓名 马莉莹 院院系系 数学科学学院 专专业业 数学与应用数学(师范) 指导老师指导老师朱广俊 目录目录 苏州大学本科生毕业设计(论文) 中文中文摘要摘要.1 A 2.2.幂零矩阵幂零矩阵 定义定义 7 幂零矩阵具有下列性质: 性质性质 5 5:为幂零矩阵的充分必要条件是的特征

56、值全为 0.AA 证明:证明:(必要性) 若为幂零矩阵,则存在正整数,使得.令为的任意一个Ak k A0 0 A 特征值,则存在,使得.由引理 4 知为的特征值. 所以存在 , 0 0 A 0 k k A 0 使得 ,从而有即有. 0 kk A 0 0 k 0 0 苏州大学本科生毕业设计(论文) 28 又由,知,所以 k A000 k k AAA .

3.3.幂幺矩阵幂幺矩阵 定义定义 8 8:设,若存在正整数,使得,则称为幂幺矩阵. n n F Ak k AIA 性质性质 7 7:幂幺矩阵在复数域上可对角化. 证明:证明:若为幂幺矩阵,则存在正整数,使得,所以有零化多项式Ak

58、 k AIA . 因为在复数域上,的根都是次单位根,故无重根,所以可对( )1 k g( )gk( )gA 角化. 注意:注意:在实数域上不一定可对角化!A 例如,满足,即为幂幺矩阵,但是在实数域 01 10 A 4 AIA 2 ( )1fIA 上无根,所以在实数域上不可对角化.A 4.4.实对称矩阵实对称矩阵 性质性质 8 8:实对称矩阵的不同特征值的特征向量相互正交. 性质性质 9 9:设是实对称矩阵的k重特征值,则对应于特征值,矩阵有k个线性无关的特 征向量. 定理定理 3 3(4):设是一个实对称矩阵.则存在一个正交矩阵,使得An nP 苏州大学本科生毕业设计(论文) 29 ,并且是实

的特征向量共可得个.由于不同特征值的特征向量正交,故这个单位特征向量两两正nn 交,以它们为列向量作成正交矩阵,则:P 为一个实对称矩阵. 1T P APP AP 1 11 , s ss diag rr 5.5.Hermite

60、矩阵矩阵 欧氏空间实质上是实数域上的一个内积空间.类似地可考虑复数域上的内积空间酉 空间和酉空间上的线性变换.与正交变换和实对称矩阵类似,酉空间中有酉变换与 Hermite 矩阵. 性质性质 1010:设是 Hermite 矩阵,则的特征值均为实数. n n C AA 证明:证明:设为的特征值,为其对应的特征向量,即,那么:A A ( , )(, )(, )( ,)( ,)( , ) AA 但,所以,即为实数.( , )0 性质性质1111:设是Hermite矩阵,则对应于的不同特征值的特征向量必正交. n n C AA 证明:证明:设是的两个不同的特征值,分别是它们所对应的特征向量,则有 ,

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