不变子空间与三角化
菲廷分解
取任意算子 T 并不断迭代它。像越缩越小,ker(T) 含于 ker(T^2) 含于 ... 越长越大,im(T) 包含 im(T^2) 包含 ... 越缩越小。在有限维里两条链都必定稳定:过了某个幂 n 后两者都不再变化。菲廷的想法就是用这些最终稳定下来的片段来分裂 V。
令 n = dim V。设 K = ker(T^n),即最终核;I = im(T^n),即最终像。菲廷引理说 V = K (+) I,二者都在 T 下不变,T 限制到 K 上是幂零的(它终将杀死 K 中一切),T 限制到 I 上是可逆的。所以每个算子都精确地是:在互补的不变子空间上,一个幂零部分加一个可逆部分。
这是剥离幂零性最干净、最不依赖域的办法——不用特征值,不用因式分解多项式,只用稳定的核与像。把它用到 T - lambda I 而非 T 上,最终核就成了 lambda 的广义特征空间,于是在每个特征值处做菲廷正是准素分解的引擎。它也驱动约当-谢瓦莱分裂:K 承载半单部分为标量 lambda、N 非平凡的那一块。
V = ker(T^n) (+) im(T^n), T|ker nilpotent, T|im invertible, n = dim V
最终核与最终像把 V 分裂成一个幂零部分和一个可逆部分,二者都不变。
菲廷引理无需任何域假设,甚至对有限长度模的自同态也成立——它是广义特征空间背后的抽象代数支柱。
又称
另见