特徵理論與對角化
代數重數
把特徵多項式分解因式時,每個特徵值都是它的一個根,有時還不止出現一次。特徵值 lambda 的代數重數,就是因子 (x - lambda) 在這個分解中出現的次數。若特徵多項式為 (x - 3)^2 (x - 5),則 3 的代數重數為 2,5 的代數重數為 1。
嚴格地說:對 n 階矩陣 A,把特徵多項式 p(x) = det(xI - A) 在代數閉域上分解為一次因子的乘積。lambda 的代數重數是使 (x - lambda)^k 整除 p(x) 的最大 k。由於 p 的次數為 n,所有特徵值的代數重數之和恰好等於 n(在 C 上計數,多項式總能完全分解)。
這個數就是「按重數計算」的特徵值個數,它為幾何那一側設定了上限。lambda 的獨立特徵向量個數永遠不能超過它的代數重數。當每個特徵值的兩種重數都相等時,矩陣可對角化;當代數重數超過幾何重數時,矩陣是虧損的,需要用 Jordan 塊來處理。
p(x) = (x - 3)^2 (x - 5) -> alg.mult(3) = 2, alg.mult(5) = 1
這裡 lambda = 3 是二重根,故其代數重數為 2;lambda = 5 是單根。
代數重數之和等於 n 僅在 C 上(或任何使特徵多項式可完全分解的域上)成立。在 R 上可能不足 n,因為某些根可能是複數。
又稱
另見