线性映射及其结构
算子的共轭
共轭是把运算 A -> P^-1 A P 看作群所施行之事,而非一次性的公式。固定一个可逆算子 P;用 P 共轭就是把每个算子 A 送到 P^-1 A P 的映射。当 P 遍历整个一般线性群 GL(V) 时,你便得到 GL(V) 在算子集合上的一个作用,而该作用的轨道恰是相似类。
这一群作用的视角把一切重新组织。说 A 与 B 相似,就是说它们落在同一条轨道里。求一个标准形,就是为每条轨道求一个选定的代表。问哪些量是相似不变量,就是问算子上哪些函数沿轨道为常值——迹、行列式、特征多项式与极小多项式等等,正是这些不变的函数。
共轭尊重代数结构:它是 End(V) 的一个自同构。它保持和、数乘,尤其保持乘积,因为 P^-1(AB)P = (P^-1 A P)(P^-1 B P)。所以共轭就是用 P 给空间重新贴标签,再看同样的算子如何作用——复合、幂、多项式恒等式都随之转移。这就是极小多项式这样的不变量为何不能改变:它是一个代数关系,而代数被保持。
同一想法贯穿整个数学:群中的共轭、微分算子中的变量替换、物理中实现参考系改换的相似变换。每种情形里寓意都相同——共轭是视角的改换,而值得命名之物正是它所不动的那些。
P^-1 (A B) P = (P^-1 A P)(P^-1 B P)
共轭对乘积满足分配,这正是它成为算子代数自同构的原因。
共轭与相似是同一事物从两侧看到的两个名字:相似是等价关系,共轭是生成它的群作用。该作用的不变量恰是相似不变量。
又称
另见