不變子空間與三角化
菲廷分解
取任意算子 T 並不斷迭代它。像越縮越小,ker(T) 含於 ker(T^2) 含於 ... 越長越大,im(T) 包含 im(T^2) 包含 ... 越縮越小。在有限維裡兩條鏈都必定穩定:過了某個冪 n 後兩者都不再變化。菲廷的想法就是用這些最終穩定下來的片段來分裂 V。
令 n = dim V。設 K = ker(T^n),即最終核;I = im(T^n),即最終像。菲廷引理說 V = K (+) I,二者都在 T 下不變,T 限制到 K 上是冪零的(它終將殺死 K 中一切),T 限制到 I 上是可逆的。所以每個算子都精確地是:在互補的不變子空間上,一個冪零部分加一個可逆部分。
這是剝離冪零性最乾淨、最不依賴域的辦法——不用特徵值,不用因式分解多項式,只用穩定的核與像。把它用到 T - lambda I 而非 T 上,最終核就成了 lambda 的廣義特徵空間,於是在每個特徵值處做菲廷正是準素分解的引擎。它也驅動約當-謝瓦萊分裂:K 承載半單部分為純量 lambda、N 非平凡的那一塊。
V = ker(T^n) (+) im(T^n), T|ker nilpotent, T|im invertible, n = dim V
最終核與最終像把 V 分裂成一個冪零部分和一個可逆部分,二者都不變。
菲廷引理無需任何域假設,甚至對有限長度模的自同態也成立——它是廣義特徵空間背後的抽象代數支柱。
又稱
另見