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从秩数据读出块的大小

你无需找到链就能知道标准形。(A - lambda I) 各幂的秩恰好决定每种大小的约当块有多少个。

块的大小是一个分拆

对一个代数重数为 a 的特征值 lambda,约当块的大小之和为 a。把这些大小按递减排列就得到 a 的块大小分拆。例如 a = 5 可能是 (3, 1, 1)——一个 3×3 块和两个 1×1 块——或 (2, 2, 1),等等。确定这个分拆就完全确定了该特征值对应的标准形。

秩跃公式

令 N = A - lambda I,定义 r_j = rank(N^j),其中 r_0 = n。第 j 步核所增加的维数是 d_j = r_(j-1) - r_j。这些 d_j 就是Weyr 特征;它们构成非增序列 d_1 >= d_2 >= d_3 >= ...。秩跃(Weyr)公式据此计数:恰好大小为 j 的约当块数目是 d_j - d_(j+1)。

Counting blocks of eigenvalue lambda (size n total):

  N = A - lambda*I
  r_0 = n
  r_j = rank(N^j)        for j = 1, 2, ...   until r_j stops shrinking

  d_j = r_(j-1) - r_j     (Weyr characteristic; how many chains reach length >= j)

  #(blocks of size exactly j) = d_j - d_(j+1)

Sanity checks:
  sum_j d_j           = algebraic multiplicity a   (= dim of gen. eigenspace)
  d_1                 = geometric multiplicity      (= total number of blocks)
  largest j with d_j>0= size of largest block       (= exponent in minimal poly)
一个特征值完整的块大小分拆,全部从 N 各幂的秩读出——无需求链。

一个计算实例

设 lambda 的代数重数为 5,我们测得 rank(N^0..N^3) = 5, 2, 1, 1(仅在广义特征空间内计数,其中 r_0 = a = 5)。则 d_1 = 3, d_2 = 1, d_3 = 0。恰好大小为 1 的块:d_1 - d_2 = 2。恰好大小为 2 的块:d_2 - d_3 = 1。分拆是 (2, 1, 1)。lambda 的标准形是一个 2×2 块和两个 1×1 块。