對角矩陣
對角矩陣(英语:diagonal matrix)是一個主對角線之外的元素皆為0的矩陣。對角線上的元素可以為0或其他值。因此n行n列的矩陣Ddisplaystyle mathbf D = (di,j)若符合以下的性質:
di,j=0 if i≠j∀i,j∈1,2,…,ndisplaystyle d_i,j=0mbox if ineq jqquad forall i,jin 1,2,ldots ,n 1, 2, ldots, n"/>
則矩陣Ddisplaystyle mathbf D 為對角矩陣。
目录
1 例子
2 矩陣運算
3 性质
4 方阵与对角矩阵相似的充分必要条件
5 參考
例子
(a000b000c),(100020000),(1007),(2)displaystyle beginpmatrixa&0&0\0&b&0\0&0&cendpmatrix,beginpmatrix1&0&0\0&2&0\0&0&0endpmatrix,beginpmatrix1&0\0&7endpmatrix,beginpmatrix2endpmatrix
均為對角矩陣
矩陣運算
- 加法
[a1a2⋱an]+[b1b2⋱bn]=[a1+b1a2+b2⋱an+bn]displaystyle beginbmatrixa_1&&&\&a_2&&\&&ddots &\&&&a_nendbmatrix+beginbmatrixb_1&&&\&b_2&&\&&ddots &\&&&b_nendbmatrix=beginbmatrixa_1+b_1&&&\&a_2+b_2&&\&&ddots &\&&&a_n+b_nendbmatrix
- 乘法
[a1a2⋱an][b1b2⋱bn]=[a1b1a2b2⋱anbn]displaystyle beginbmatrixa_1&&&\&a_2&&\&&ddots &\&&&a_nendbmatrixbeginbmatrixb_1&&&\&b_2&&\&&ddots &\&&&b_nendbmatrix=beginbmatrixa_1b_1&&&\&a_2b_2&&\&&ddots &\&&&a_nb_nendbmatrix
- 逆矩阵
[a1a2⋱an]−1=[a1−1a2−1⋱an−1]displaystyle beginbmatrixa_1&&&\&a_2&&\&&ddots &\&&&a_nendbmatrix^-1=beginbmatrixa_1^-1&&&\&a_2^-1&&\&&ddots &\&&&a_n^-1endbmatrix
若且唯若 a1,a2,⋯,andisplaystyle a_1,a_2,cdots ,a_n 均不為零。
性质
- 對角矩陣都是對稱矩陣。
- 對角矩陣是上三角矩陣及下三角矩陣。
單位矩陣 Indisplaystyle mathbf I _n 及零矩陣恆為對角矩陣。一維的矩陣也恆為對角矩陣。
一個對角線上元素皆相等的對角矩陣是数乘矩阵,可表示為單位矩陣及一个系数 λdisplaystyle lambda 的乘積 λIndisplaystyle lambda mathbf I _n[來源請求]。- 一對角矩陣 diag(a1,…,an)displaystyle textdiagleft(a_1,dots ,a_nright) 的特徵值為 a1,…,andisplaystyle a_1,dots ,a_n,其特徵向量為單位向量 e1,…,endisplaystyle mathbf e _1,dots ,mathbf e _n。
- 一對角矩陣 diag(a1,…,an)displaystyle textdiagleft(a_1,dots ,a_nright) 的行列式為其特徵值的乘積,即 ∏i=1naidisplaystyle prod _i=1^na_i。
方阵与对角矩阵相似的充分必要条件
ndisplaystyle n阶方阵可进行对角化的充分必要条件是:
ndisplaystyle n阶方阵存在ndisplaystyle n个线性无关的特征向量- 推论:如果这个ndisplaystyle n阶方阵有ndisplaystyle n阶个不同的特征值,那么矩阵必然存在相似矩阵
- 如果ndisplaystyle n阶方阵存在重复的特征值,每个特征值的线性无关的特征向量的个数恰好等于该特征值的重复次数
參考
- 三角矩陣
- 對角優勢矩陣