特徵理論與對角化
譜半徑
矩陣的譜半徑,是其最大特徵值按絕對值度量的大小:rho(A) = max |lambda|,取遍所有特徵值 lambda。它忽略方向與符號,只問那個最主導的伸縮因子在量值上有多大。它是一個單一的數,刻畫了算子沿某個特徵方向所能施加的最激烈拉伸。
它的核心作用是支配冪 A^k 的長期行為。若 rho(A) < 1,則 k 增大時 A^k -> 0(動力學衰減);若 rho(A) > 1,冪會爆炸;若 rho(A) = 1,則保持有界或振盪。更精確地,Gelfand 公式給出 rho(A) = lim ||A^k||^{1/k},把譜半徑與冪的任意矩陣範數的漸近增長率聯繫起來。
儘管對每個誘導範數都有 rho(A) <= ||A||(譜半徑絕不超過任何算子範數),譜半徑本身一般並不是範數——對一個非零的冪零矩陣它可以為 0。它在矩陣分析中反覆出現:迭代解法的收斂性、離散動力系統的穩定性,以及非負矩陣的 Perron-Frobenius 理論。
rho(A) = max{ |lambda| : lambda in spec(A) } , rho(A) = lim_{k->inf} ||A^k||^{1/k}
譜半徑是最大的特徵值量值,等於冪的漸近增長率。
rho(A) < 1 恰是 A^k -> 0、以及 Neumann 級數 (I - A)^-1 = I + A + A^2 + ... 收斂的條件。這是動力學與控制中的離散時間穩定性判據。
又稱
另見