奇異矩陣與退化矩陣有什麼不同?
這是一個困擾我很久的問題。
以我自己的理解,奇異矩陣和退化矩陣都是特徵向量的方向比自己的維度小,而且好像沒有什麼區別,所以我一直理解兩者是指同一個東西。
但是有些地方指出奇異矩陣與退化矩陣是不同的,但也沒說明白到底哪裡不同。
求解。
奇異陣是行列式為0的方陣,是特徵值(奇異值)含有0的方陣,還有很多等價的定義。
退化陣需要看上下文,「退化」一詞一般來說指的是從一般情況變成了特殊情況,比如如果一般的情況下一個矩陣是滿秩的(例如一個隨機矩陣),在某種特殊情況下矩陣某些行列變成了線性相關,於是就不滿秩了,那麼就稱為「退化」;又比如,單位陣是一種特殊的正交矩陣,在特定上下文中也可以稱單位陣為「退化」的正交陣。等等。
於是,如果上下文是討論方陣(的特徵值),那麼從這個角度來說,奇異陣就是一種「退化」了的方陣。
針對題主的評論更新
題主的評論講的是矩陣的約當(Jordan)標準型,任何一個n階的矩陣A,都可以在複數域上相似於唯一的約當標準型:
其中,P是個可逆矩陣,J就是約當標準型,長成這個樣子:
其中每一個都是一個矩陣塊,叫做約當塊,長成這個樣子:
這裡就是特徵值,這個約當塊的階數就是特徵值的重數,當然對於不同的,也可能有(這裡涉及到幾何重數與代數重數的關係,不深入細說)。每一個約當塊對應一個一維的子空間。所以很顯然,如果每一個約當塊都是一階的,那麼原先的矩陣就能夠對角化,如果含有高於一階的約當塊,那麼原始矩陣就不能對角化,也就出現了題主所謂的「退化」的情景。
題主舉例的矩陣 [3,1; 0,3](懶得輸入公式了,意思一下),本身就是一個約當塊,不能夠進行對角化,其特徵根的重數為2.
如果將一個方陣看做空間的映射的話,那麼他的特徵向量就可以看做是不變子空間的基。仍舊舉這個具體的例子好了,之前題主說的這個矩陣:
它本身就是一個約當塊,它的特徵值是3(2重特徵值),只有一個特徵向量是(1,0)。如果用類似相圖的方法來表示這個線性變換是怎麼樣的呢
那個紅色的箭頭就是特徵向量。也是一個1D的不變子空間。
那麼一般的矩陣是什麼樣的呢?我們把上面那個矩陣稍稍改一下:
這個矩陣的特徵向量是(1,0)和(-1,1),那麼對應的相圖是什麼樣的呢
有兩個特徵向量,於是也就有兩個1D的不變子空間(當然他們兩個張成的線性空間,也就是全空間本身,也同樣是不變子空間)
對比一下就能發現不同了,前面那個「坍縮」的矩陣,儘管是滿秩的,但只有1個特徵向量,而一個「一般」的矩陣,有兩個特徵向量。
更進一步的,對於約當標準型,每一個約當塊都可以類似這麼分解,並且每一個約當塊的特徵向量都只有1個,或者,按照你的說法,每一個約當塊對應的不變子空間是1D的。如果約當塊本身的階數大於1,那大概就是你所謂的「不變子空間維數小於空間維數」了,而這,正是前面討論的「退化」的情形。
只是一個定義罷了。比如維基百科Invertible matrix里把行列式為零的方矩稱為奇異的,或退化的,並沒有討論非方陣。
對於一般的矩陣,若視為線性變換,倒是經常有奇異點/臨界點或奇異值的說法,這時候就對應到非滿秩矩陣了。
同學,我知道的也很有限。
網上有回答:奇異陣是行列式為0的方陣;退化陣是不滿秩的矩陣,不一定是方陣。
比如:[1 2 3; 2 4 6]是退化的,但不是奇異的。
因為沒有書,我也不確定,還望知道的同學指教。退化矩陣就是不可以被對角化的矩陣,因為它的特徵向量個數少於特徵值個數。例如【3,1;0,3】
如果一個矩陣的奇異值分解後Sigma矩陣存在奇異值為0,則可以找到兩組線性無關的左(右)奇異向量,奇異值簡併/退化。
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