约当标准形

可对角化作为特殊约当形

对角化是你在初阶课程里遇到的顺利情形:当存在完整的特征基时,A = P D P^-1,其中 D 对角。约当形是普适的升级:每个 C 上的算子都有一个,而可对角化不过是每个约当块大小都为 1 的情形——根本没有超对角线上的 1。

分界线是代数重数与几何重数之间的缺口。A 可对角化,恰当对每个特征值,几何重数都等于代数重数——等价地,当极小多项式没有重根时。任何特征向量不够的特征值(亏损特征值)都会逼出一个大小 >= 2 的块,得到一个真正非对角的约当形。

所以约当形以尽可能干净的方式推广了对角化:它保留了对角化所给的一切(与算子适配的基、易算的幂、易算的函数),只添加了恰到好处的额外结构——约当链、非对角线上的 1——以覆盖单个特征基触及不到的亏损算子。

实践上这把“A 可对角化吗?”改写为“所有约当块的大小都是 1 吗?”,秩跳跃公式可从核维数回答这个问题。它也解释了为何可对角化矩阵是“一般的”:随机矩阵以概率 1 有互异特征值,故全是大小 1 的块;亏损是测度为零的例外情形,而约当形正是为处理它而生。

diagonalizable: J = diag(lambda_1, ..., lambda_n) (all blocks size 1) vs defective: a block of size >= 2

对角形是约当形中“所有块大小为 1”的那个角落;任何更大的块都意味着不可对角化。

可对角化当且仅当极小多项式是互异线性因子之积;亏损当且仅当某个特征值有大小 >= 2 的块。

又称
diagonalizable case of Jordan对角化是约当的特例對角化是約當的特例