可对角化矩阵

经相似变换可化为对角矩阵的一类特殊矩阵
可对角化矩阵(diagonalizable matrix[1])是一类特殊的矩阵,其定义为:设A∈Mn​(F),若存在F上一个n阶可逆矩阵P,使得P-1AP是对角阵,则称矩阵A可对角化。[4]
可对角化矩阵是一类特殊的矩阵,而矩阵概念起源于19世纪中叶,1850年,英国数学家西尔维斯特(SyIvester)引入了矩阵的概念用于求解线性方程组。[3]8年后,英国数学家凯莱(Cayley)发表了一篇文章《矩阵论的研究报告》,给出了矩阵相等、运算法则、单位矩阵对称矩阵等一系列基本概念。他还把特征方程的概念从行列式理论推广到矩阵理论,提出了凯莱—哈密顿定理[2]1878年,数学家弗罗贝尼乌斯(Frobenius)引进了矩阵的秩、不变因子和初等因子、正交矩阵、矩阵的相似变换、合同矩阵等概念,并讨论了它们的重要性质。矩阵对角化即相似变换对角化,可对角化矩阵的定义以及一系列判定条件在之后相继诞生。[3][15]
可对角化矩阵具有一些判定条件,如方阵A可对角化当且仅当它有n个线性无关的特征向量[10]。该概念的相关计算包括求对角矩阵[12]谱分解[13]多项式函数计算等,其中计算实对称矩阵的多项式可定义斐波那契数的递归关系。[14]与可对角化矩阵相关的理论为同时合同对角化。[9]此外,可对角化矩阵在其他领域具备广泛的应用价值,如物理学中,通过构建数学模型进行相似对角化的解析计算,可讨论颗粒介质粮仓效应的有关问题。[5]

定义

数域
向量空间
的一个线性变换,若存在
的一个基,使得
在这个基下的矩阵是对角阵: