特征理论与对角化

代数重数

把特征多项式分解因式时,每个特征值都是它的一个根,有时还不止出现一次。特征值 lambda 的代数重数,就是因子 (x - lambda) 在这个分解中出现的次数。若特征多项式为 (x - 3)^2 (x - 5),则 3 的代数重数为 2,5 的代数重数为 1。

严格地说:对 n 阶矩阵 A,把特征多项式 p(x) = det(xI - A) 在代数闭域上分解为一次因子的乘积。lambda 的代数重数是使 (x - lambda)^k 整除 p(x) 的最大 k。由于 p 的次数为 n,所有特征值的代数重数之和恰好等于 n(在 C 上计数,多项式总能完全分解)。

这个数就是“按重数计算”的特征值个数,它为几何那一侧设定了上限。lambda 的独立特征向量个数永远不能超过它的代数重数。当每个特征值的两种重数都相等时,矩阵可对角化;当代数重数超过几何重数时,矩阵是亏损的,需要用 Jordan 块来处理。

p(x) = (x - 3)^2 (x - 5) -> alg.mult(3) = 2, alg.mult(5) = 1

这里 lambda = 3 是二重根,故其代数重数为 2;lambda = 5 是单根。

代数重数之和等于 n 仅在 C 上(或任何使特征多项式可完全分解的域上)成立。在 R 上可能不足 n,因为某些根可能是复数。

又称
multiplicity as a root