特征理论与对角化
几何重数
代数重数计的是特征值作为多项式根出现的次数;几何重数计的则是更具体的东西——有多少个真正独立的方向被这个特征值伸缩。它就是 lambda 所对应的线性无关特征向量的个数,也等于特征子空间的维数。
形式地说,lambda 的几何重数是 dim ker(A - lambda I),即 A - lambda I 零空间的维数。由秩零定理,它等于 n - rank(A - lambda I)。一条基本定理指出,几何重数总是至少为 1(一个特征值至少有一个特征向量),且永远不超过代数重数:1 <= 几何 <= 代数。
这两者之间的差距正是可对角化问题的全部戏码。当每个特征值都满足几何 = 代数时,你就有足够的特征向量凑成一组基,矩阵可对角化。只要有一个特征值满足几何 < 代数,矩阵就是亏损的:它缺少特征向量,无法对角化——你必须上升到广义特征向量和 Jordan 形才能补全图景。
A = [2, 1; 0, 2]: alg.mult(2) = 2 but geom.mult(2) = 1 (only one eigenvector direction)
这个 2x2 矩阵有二重根 lambda = 2,却只有一个独立特征向量,因此是亏损的。
便于记忆:几何重数关乎几何(真实的特征向量方向),代数重数关乎代数(多项式的根)。几何只会输给代数,绝不会反超。
又称
另见