不變子空間與三角化

塊三角形式

塊三角形式是這樣一種矩陣形狀:只要你有一條嵌套不變子空間的鏈——哪怕只是部分的——它就立刻被迫出現。不是對角線上及其上方放純量,而是對角線上放一個個方塊、上方放任意塊,下方的塊全為零。

具體地說,設 {0} 含於 W1 含於 W2 含於 ... 含於 Wk = V 是一條不變子空間鏈,你取一組與之適配的基。那麼 T 的矩陣是分塊上三角的:第 i 個對角塊恰是商空間 Wi / W(i-1) 上誘導算子的矩陣,塊對角線嚴格下方的一切都是零。上方的非對角塊記錄 T 如何把一個商混進更低的商裡。

這嚴格弱於分塊對角,而這道差距正是典範形的全部故事。分塊三角只需要不變性(一條嵌套鏈);分塊對角還額外需要每塊都有不變補(一個真正的直和)。兩個乾淨的推論:T 的特徵多項式是各對角塊特徵多項式之積,行列式是各對角塊行列式之積——上方的塊從不貢獻。

[ A11, A12 ; 0, A22 ], char poly = det(xI - A11) * det(xI - A22)

一個不變子空間迫使左下塊為零;無論 A12 如何,特徵值都來自兩個對角塊。

當非對角塊恰好消失時,分塊三角塌縮為分塊對角——那額外的消失恰恰就是不變補的存在。

又稱
block upper-triangular form分块三角形式