不变子空间与三角化

约当-谢瓦莱分解

约当形把算子化成几乎对角的块,超对角线上带一些 1。约当-谢瓦莱分解是它无坐标的精炼:它把 T 干净地拆成一个本质上可对角化的部分加一个幂零部分,T = S + N,两部分彼此配合而非互相干扰。

确切地说,在完美域上(如 C、R 或任何特征零的域),存在半单算子 S 和幂零算子 N,使 T = S + N 且 SN = NS。可交换这一条至关重要——正是它让这个分裂有意义且唯一。S 和 N 都是 T 的多项式,因此它们自动保持每一个 T 不变子空间。

唯一性是头条:恰好只有这样一对。你由准素分解把它造出来——在每个广义特征空间上 S 作为标量 lambda 起作用,N = T - lambda I 是幂零的。回报在于计算:因为 S 与 N 交换,exp(T) = exp(S) exp(N),而 exp(N) 是有限多项式(因 N 幂零)。这是求解线性常微分方程组的标准路线,也是代数群理论的根基。

[5,1;0,5] = [5,0;0,5] + [0,1;0,0] = S + N, SN = NS, N^2 = 0

S 是标量(半单)部分,N 是幂零部分;它们交换,故指数给出 exp(S)(I + N)。

对可逆的 T 还有一个乘性版本:T = S_s * U,S_s 半单、U 幺幂(U - I 幂零)、且 S_s U = U S_s——这是代数群理论里用的形式。

又称
SN decompositionadditive Jordan decomposition约当分解