不變子空間與三角化
不變補
給定一個不變子空間 W,普通的補是任何滿足 V = W (+) U 的 U——它們只共有零,合起來張成全部。不變補是更苛刻的版本:U 自己也在 T 下不變。當 W 有不變補時,這一對 (W, U) 把 T 約化成兩個獨立的算子。
為什麼要求補也不變?因為唯有如此,T 的矩陣才會變成分塊對角,而不只是分塊三角。用一個非不變的補,你仍得到上分塊三角的形狀,但 T 會透過非對角塊從 U 漏進 W;不變的 U 把這漏洞封死,於是 T = T|W 與 T|U 拼合,中間一無所有。
存在性並非自動。經典的失敗例子是剪切 [1, 1; 0, 1]:x 軸不變,卻沒有不變補——任何另一條不變直線都得是第二個特徵方向,而這裡只有一個。一個算子,若它的每個不變子空間都有不變補,恰是半單算子,這就是完全可約性的結構含義。
shear [1, 1; 0, 1]: span{[1;0]} invariant, but NO invariant complement
一個沒有不變補的不變子空間——非半單(這裡是純約當)算子的標誌。
對正規算子(以及自伴或酉算子),不變子空間的正交補總也是不變的——這正是譜定理給出乾淨的正交分塊對角化的原因。
又稱
另見