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基变换与相似矩阵

同一个几何变换,依你用哪套坐标系来描述它,看起来会是完全不同的矩阵。用 B^(-1)*A*B 做基变换,不过是把一位观察者的描述翻译成另一位的——而以这种方式相联系的矩阵,称为相似矩阵,它们悄悄地共享着最重要的那些数。

一个映射,多种描述

一个变换是一桩几何事实——无论谁来看,它移动空间的方式都一样。但描述它的那个*矩阵*取决于你的 ,因为矩阵记录的是基向量的去向。换到另一组基,同一个映射就有了不同的 坐标 描述,因而也就是不同的矩阵。

用 B^(-1)*A*B 来翻译

设 B 的各列是新的基向量。要把映射作用到一个以新坐标给出的向量上,就把它夹在中间:B 把新坐标送回标准坐标,A 在那里完成变换,B^(-1) 再把结果带回来。这条 基变换 公式,就是在新坐标系里读同一个映射。

  1. 从右往左读:B^(-1) ( A ( B v ) )——翻译进去,做变换,翻译出来。
  2. 结果 A' = B^(-1)*A*B 是同一个变换的矩阵,只是在新的基下来看。
  3. 对角化恰好就是取 B = 特征向量的这种情形:B^(-1)*A*B = D,可能存在的最简单视角。

相似矩阵共享指纹

由 A' = B^(-1)*A*B 相联系的两个矩阵,称为相似矩阵。既然它们描述的是同一个底层映射,它们就必须在每一个属于映射本身、而非属于坐标的量上保持一致。你该记住的三个:行列式 与特征值。

A = [[2,1],[0,3]]   trace = 2+3 = 5,  det = 6,  eigenvalues 2,3
D = [[2,0],[0,3]]   trace = 2+3 = 5,  det = 6,  eigenvalues 2,3
same map, same fingerprints
A 与它的对角形相似,所以迹、行列式与特征值全都吻合。