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從秩數據讀出塊的大小

你無需找到鏈就能知道標準形。(A - lambda I) 各冪的秩恰好決定每種大小的約當塊有多少個。

塊的大小是一個分拆

對一個代數重數為 a 的特徵值 lambda,約當塊的大小之和為 a。把這些大小按遞減排列就得到 a 的塊大小分拆。例如 a = 5 可能是 (3, 1, 1)——一個 3×3 塊和兩個 1×1 塊——或 (2, 2, 1),等等。確定這個分拆就完全確定了該特徵值對應的標準形。

秩躍公式

令 N = A - lambda I,定義 r_j = rank(N^j),其中 r_0 = n。第 j 步核所增加的維數是 d_j = r_(j-1) - r_j。這些 d_j 就是Weyr 特徵;它們構成非增序列 d_1 >= d_2 >= d_3 >= ...。秩躍(Weyr)公式據此計數:恰好大小為 j 的約當塊數目是 d_j - d_(j+1)。

Counting blocks of eigenvalue lambda (size n total):

  N = A - lambda*I
  r_0 = n
  r_j = rank(N^j)        for j = 1, 2, ...   until r_j stops shrinking

  d_j = r_(j-1) - r_j     (Weyr characteristic; how many chains reach length >= j)

  #(blocks of size exactly j) = d_j - d_(j+1)

Sanity checks:
  sum_j d_j           = algebraic multiplicity a   (= dim of gen. eigenspace)
  d_1                 = geometric multiplicity      (= total number of blocks)
  largest j with d_j>0= size of largest block       (= exponent in minimal poly)
一個特徵值完整的塊大小分拆,全部從 N 各冪的秩讀出——無需求鏈。

一個計算實例

設 lambda 的代數重數為 5,我們測得 rank(N^0..N^3) = 5, 2, 1, 1(僅在廣義特徵空間內計數,其中 r_0 = a = 5)。則 d_1 = 3, d_2 = 1, d_3 = 0。恰好大小為 1 的塊:d_1 - d_2 = 2。恰好大小為 2 的塊:d_2 - d_3 = 1。分拆是 (2, 1, 1)。lambda 的標準形是一個 2×2 塊和兩個 1×1 塊。