约当标准形
秩跳跃公式
不算特征向量,怎么求约当形?靠数数。随着 k 增大,幂 (A - lambda*I)^k 的核不断增大,然后停止;它们增长的方式恰好编码了块的大小。秩跳跃公式把这些维数之差转化为每种大小的块的确切个数。
记 n_k = dim ker(A - lambda*I)^k(约定 n_0 = 0)。一阶差分 d_k = n_k - n_{k-1} 构成一个不增的数列(这就是韦尔特征)。那么 lambda 的大小恰为 k 的约当块个数就是二阶差分:(大小为 k 的块数)= d_k - d_{k+1} = (n_k - n_{k-1}) - (n_{k+1} - n_k) = 2*n_k - n_{k-1} - n_{k+1}。
把它读成一个故事:d_1 = n_1 是块的总数(几何重数,每块一个特征向量)。其后每个 d_k 计的是大小至少为 k 的块数。所以从 d_k 到 d_{k+1} 的下降量,就是大小恰为 k 的块数。一旦核不再增大(d_k = 0),所有块就都齐了。
这是本主题的实用核心:只需对几个矩阵幂做秩的计算——无需特征向量——你就能读出每个特征值的整套约当结构。这也使唯一性显而易见,因为这些维数都是相似不变量。
n_1=2, n_2=3, n_3=3 -> d=(2,1,0) -> size-1 blocks: 2-1=1, size-2 blocks: 1-0=1
零度 2,3,3 给出一个大小 1 的块和一个大小 2 的块——代数重数 3,几何重数 2。
用秩表达:大小为 k 的块数 = rank(A-lambda*I)^{k-1} - 2*rank(A-lambda*I)^k + rank(A-lambda*I)^{k+1}。
又称
另见