伴随算子
设,如果算子满足对任意都有,则称是的伴随算子(Adjoint Operator)
设,则的伴随算子存在且唯一. 如果在的单位正交基下的矩阵等于,则其伴随算子在该基下的矩阵等于
我们把的伴随算子记为
正规算子
Tip
我们只在时讨论正规算子
设,如果,则称是正规算子(Normal Operator),类似地,设,如果,则称是正规矩阵(Normal Matrix)
特别地,若,则称是正交算子(Orthogonal Operator)
由定义,设,在的单位正交基下的矩阵为,则正规当且仅当正规
设,如果,则称是对称算子(Symmetric Operator),如果,则称是斜对称算子(Skew-symmetrix Operator) . 由此可知,对称和斜对称算子都是正规算子,对称和斜对称矩阵都是正规矩阵
Tip
正交矩阵是正规矩阵,这是因为设,则有
正规算子的保内性
设,如果对于任意
则称是保内(积)的(preserve the inner product)
若在的单位正交基下的矩阵为,则下列断言等价
- 保内
- 对任意 (保长)
- 对任意(保距离) 上述等价命题说明了正交矩阵的“旋转”性质,且保内算子是正规算子,也称为正交(保长,保距)算子,因为正交算子一定是正规算子
正规算子的不可分子空间分解
正规矩阵的形式
设阶实方阵
其中,那么如果正规,则,这一点可以通过矩阵迹的交换不变性导出
正规算子的不变子空间
设是正规算子,是-子空间(的不变子空间),则
- 是-子空间
- 在上的限制算子是正规算子
这说明,如果一个算子是正规的,那么是-不变子空间 是-不变子空间
实空间中不变子空间的维数
设,则有一维或二维的子空间
这是因为中的非平凡不可约多项式的次数都不大于,所以设的极小多项式,其中,在中不可约. 因为且是最小的零化的多项式,故. 于是存在使得. 设循环子空间,则,又因为
所以,从而,(考虑零化某个向量的极小多项式的次数)
分解为正规算子的不可分子空间
设正规,,则
其中
- 是二维-不可分子空间
- 是一维-不可分子空间
- 两两正交