约当标准形

约当形的唯一性

存在性说每个复矩阵都“有”约当形。唯一性说它本质上只有“一个”:约当块的清单——出现哪些特征值、各有哪些块大小——完全由 A 决定。唯一的自由是你把这些块沿对角线排列的顺序。

确切地说:若 P^-1 A P = J 与 Q^-1 A Q = J' 都是 A 的约当形,则 J 与 J' 有相同的块多重集,故 J' 由 J 重排块而得(特征向量/链则可不同)。证明就是秩跳跃公式:对每个 lambda,数 dim ker(A - lambda*I)^k 在相似变换下不变,而它们钉死了每个块的大小,没有任何选择余地。

这正是约当形成为真正标准形的原因:它是相似类的一个代表元,至多差一个平凡的重新标号而唯一。固定一种排序约定(比如先按特征值、再按块大小递减),这个形就字面意义上唯一了——每个相似类一个范式。

回报是分类定理:两个复矩阵相似,当且仅当它们有相同的约当形。唯一性正是把“仅当”这个方向说锐利了——同一个算子,同一组块,毫无歧义。

diag(J_2(3), J_1(3)) vs diag(J_1(3), J_2(3)) -- same matrix up to relabeling

重排块得到外观不同但相似的矩阵;不变的是块的多重集。

唯一性之所以不是“字面”唯一,仅因块的排序;固定一种约定后,它就是货真价实的标准形。

又称
Jordan form is unique up to block order