Jordan標準形及其過渡矩陣的Jordan鏈求法

王嬌

（長治學院 數學系，山西 長治 046011）

Jordan標準形及其過渡矩陣的Jordan鏈求法

王嬌

（長治學院 數學系，山西 長治 046011）

任何一個矩陣A總是相似于一個與其相應的Jordan標準形，文章就Jordan標準形的過渡矩陣的求法進行了探討。介紹了矩陣A的根向量，即廣義特征向量，并把的Jordan鏈與根向量一一對應起來，使得求Jordan鏈組歸結為求根向量組。同時，給出根向量組的性質及求法，并總結Jordan標準形和變換矩陣的求法。

Jordan標準形；過渡矩陣；根向量；Jordan鏈

1 引言

矩陣的Jordan標準形理論在數學、力學和計算方法中得到廣泛的應用，因此求矩陣的Jordan標準形和過渡矩陣成為一個重要的研究課題。求矩陣Jordan標準形最常見的方法是初等因子法，然而矩陣的初等因子一般不易求得，實際應用起來有一定難度。至于過渡矩陣，由于它的確定牽涉到復雜的計算問題，在眾多的包含矩陣理論的著作中，有些只討論了矩陣的Jordan標準形而未討論過渡矩陣的求法，有些給出了算法，但較為繁瑣。文章介紹求矩陣Jordan標準形和過渡矩陣的Jordan鏈[1,2]求解法。

2 Jordan鏈與根向量

設J是復矩陣A的Jordan標準形，J1（λ0）是J的一個Jordan塊，不妨設J=diag（J（1λ0），…）。

由A～J，存在可逆矩陣T，使T-1AT=J，AT=TJ。對J做列分塊，設T=（η1，η2，…，ηl，…），則有：

定義1 設是λ0方陣A的特征值，若?0≠ηi∈Cn,1≤i≤l，使得

則稱有序實數組（η1，η2，…，η）l是方陣A的屬于特征值λ0的長為l的Jordan鏈。

由前面推導，J的每一個Jordan塊J（1λ0）都對應于A的一個屬于λ0的長為l的Jordan鏈。反之，A的每一個屬于特征值λ0的長為l的Jordan鏈（η1，η2，…，η）l，都對應Jordan塊J（1λ0），使得

這樣，就把J的Jordan塊與Jordan鏈一一對應起來，使得求可逆矩陣T歸結為求A的Jordan鏈組。

設（η1，η2，…，η）l是A的屬于特征值λ0的長為l的Jordan鏈，由定義1可得：

定義2 設λ0是方陣A的特征值，若?ξ∈Cn使得

則稱ξ是A的屬于特征值λ0的l級根向量。

顯然，ξ是A的特征向量當且僅當ξ是A的1級根向量。所以，根向量是特征向量的推廣，也稱為廣義特征向量。前面的推導說明，屬于λ0的長為l的Jordan鏈的最后一個向量是屬于λ0的l級根向量。

設ξ是方陣A的屬于特征值λ0的l級根向量。

即有（ξ1，ξ2，…，ξ）l是A的屬于特征值λ0的長為l的Jordan鏈。

這樣，又把A的長為l的Jordan鏈與l級根向量一一對應起來，使得求Jordan鏈組歸結為求根向量組。

3 根向量組的性質與求法

定理1[3]設λ0是方陣A的特征值，mA（x）=（x-λ0）kg（x），g（λ0）≠0則A的Jordan標準形中k階Jordan塊個數等于

定理2[3]設λ0是方陣A的特征值，mA（x）=（x-λ0）kg（x），g（λ0）≠0若的第j1，j2，…，jlk個列向量構成列向量組的極大無關組，則C=g（A）的第j1，j2，…，jlk個列向量是A屬于特征值λ0的k級根向量，且線性無關。

4 Jordan標準形和過渡矩陣的求法

設λ0是方陣A的m重特征值，則可按下列方法求出屬于λ0的若干個根向量，使得它們級數之和為m。

（1）沿用定理2的記號，可按定理2求出lk屬于特征值λ0的k級根向量，記為。令，可得lk個長為k的Jordan鏈。

是A的屬于特征值λ0的k-1級根向量，且線性無關。令：

是屬于λ0的k-2級根向量。仿照（2）又可得到lk-2個屬于λ0的長為k-2的Jordan鏈.

歸納地，可以求出屬于λ0的li長為i的Jordan鏈，1≤i≤k。由Jordan鏈與Jordan塊的對應關系，可得為λ0的代數重數。

5 算例

求可逆矩陣T，使T-1AT=J為Jordan形矩陣，并寫出J。

［1］劉江國.廣義特征子空間與Jordan鏈：構造Jordan標準形的一個新途徑［J］.鄭州工學院學報,1994(03)：76-86.

［2］李偉.關于Jordan鏈的一種新求法［J］.渤海大學學報(自然科學版),2006(2),134-135.

［3］牛興文.高等代數與解析幾何［M］.北京：化學工業出版社,2005.

［4］王文省等.高等代數［M］.濟南：山東大學出版社,2004.

［5］張凱院，徐仲.數值代數［M］，第2版修訂本.北京：科學出版社，2010.15-17.

［6］北京大學數學系幾何與代數教研室前代數小組.高等代數［M］，第4版.北京：高等教育出版社，2013.

［7］王嬌，張凱院，李書連.多矩陣變量線性矩陣方程的廣義自反解的迭代算法［J］.數值計算與計算機應用，2013,34(1)：9-19.

（責任編輯 趙巨濤）

O151.21

A

1673-2014（2017）02-0030-03

長治學院校級科研項目（201515）

2017—02—16

王嬌（1988— ），女，山東濟南人，碩士，助教，主要從事計算數學方向教學與研究。