不变子空间与三角化

块三角形式

块三角形式是这样一种矩阵形状:只要你有一条嵌套不变子空间的链——哪怕只是部分的——它就立刻被迫出现。不是对角线上及其上方放标量,而是对角线上放一个个方块、上方放任意块,下方的块全为零。

具体地说,设 {0} 含于 W1 含于 W2 含于 ... 含于 Wk = V 是一条不变子空间链,你取一组与之适配的基。那么 T 的矩阵是分块上三角的:第 i 个对角块恰是商空间 Wi / W(i-1) 上诱导算子的矩阵,块对角线严格下方的一切都是零。上方的非对角块记录 T 如何把一个商混进更低的商里。

这严格弱于分块对角,而这道差距正是典范形的全部故事。分块三角只需要不变性(一条嵌套链);分块对角还额外需要每块都有不变补(一个真正的直和)。两个干净的推论:T 的特征多项式是各对角块特征多项式之积,行列式是各对角块行列式之积——上方的块从不贡献。

[ A11, A12 ; 0, A22 ], char poly = det(xI - A11) * det(xI - A22)

一个不变子空间迫使左下块为零;无论 A12 如何,特征值都来自两个对角块。

当非对角块恰好消失时,分块三角塌缩为分块对角——那额外的消失恰恰就是不变补的存在。

又称
block upper-triangular form分块三角形式