不变子空间与三角化
舒尔分解
舒尔定理是矩阵论里默默无闻的主力:任何复方阵 A 都能通过一次正交规范的基变换化为上三角矩阵。没有哪个矩阵太狂野——你也许不能把它对角化,却总能把它三角化,而且能用酉矩阵来做,那是数值上最温和的基变换。
形式地说,对任意 A 属于 C^(n x n),存在酉矩阵 Q(即 Q^* Q = I)和上三角矩阵 T,使 A = Q T Q^*。T 的对角元就是 A 的特征值,次序随你安排酉矩阵而定。证明每次剥下一个特征向量,做正交规范化,再对更小的块递归——无非是不变性加 Gram-Schmidt。
为何重要:因为 Q 是酉的,这个变换条件完美,所以数值算法(QR 算法)实际计算的是舒尔形,而非约当形。约当形精确却不连续、对舍入误差不稳定;舒尔形稳定,且几乎一样有用。当 A 是正规的(A A^* = A^* A)时,三角的 T 其实是对角的——那个特例正是谱定理。
A = Q T Q^*, Q^* Q = I, T upper-triangular, diag(T) = eigenvalues
在 C 上总存在到上三角的酉相似;对角线按你选定的次序读出特征值。
在实数上你得到实舒尔形:分块上三角,实特征值对应 1x1 块、共轭复对应 2x2 块,只用正交(实)相似变换。
又称
另见