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對角矩陣


對角矩陣是一個方陣 A ,形式如下

 a_(ij)=c_idelta_(ij),
(1)

其中 delta_(ij)克羅內克 deltac_i 是常數,且 i,j=1, 2, ..., n,沒有對指標的隱含求和。因此,一般的對角矩陣形式如下

 [c_1 0 ... 0; 0 c_2 ... 0; | | ... |; 0 0 ... c_n],
(2)

通常表示為 diag(c_1,c_2,...,c_n)

元素為 l={c_1,...,c_n} 的對角矩陣可以在 Wolfram 語言中使用以下命令計算DiagonalMatrix[l],並且可以使用以下命令測試矩陣 m 是否為對角矩陣DiagonalMatrixQ[m]。

diag(c_1,c_2,...,c_n) 給出的對角矩陣的行列式c_1c_2...c_n。這意味著 diag(1,2,...,n)=n!,因此對於 n=1, 2, ...,前幾個值是 1, 2, 6, 24, 120, 720, 5040, 40320, ... (OEIS A000142)。

給定一個矩陣方程形式如下

 [a_(11) ... a_(1n); | ... |; a_(n1) ... a_(nn)][lambda_1 ... 0; | ... |; 0 ... lambda_n]=[lambda_1 ... 0; | ... |; 0 ... lambda_n][a_(11) ... a_(1n); | ... |; a_(n1) ... a_(nn)],
(3)

兩邊相乘得到

 [a_(11)lambda_1 ... a_(1n)lambda_n; | ... |; a_(n1)lambda_1 ... a_(nn)lambda_n]=[a_(11)lambda_1 ... a_(1n)lambda_1; | ... |; a_(n1)lambda_n ... a_(nn)lambda_n].
(4)

由於通常情況下,對於 i!=jlambda_i!=lambda_j,這隻有在非對角分量消失時才成立。因此,A 必須是對角矩陣。

給定一個對角矩陣 T,矩陣的可以透過簡單地將每個元素取到相應的冪來計算,

T^n=[t_1 0 ... 0; 0 t_2 ... 0; | | ... |; 0 0 ... t_k]^n
(5)
=[t_1^n 0 ... 0; 0 t_2^n ... 0; | | ... |; 0 0 ... t_k^n].
(6)

類似地,矩陣指數可以透過簡單地對每個對角元素進行指數運算來執行,

 exp(T)=[e^(t_1) 0 ... 0; 0 e^(t_2) ... 0; | | ... |; 0 0 ... e^(t_k)].
(7)

另請參閱

反對稱矩陣, 對角線, 對角二次型, 可對角化矩陣, 漢克爾矩陣, 約當塊, 矩陣, 矩陣指數, 正規矩陣, 對稱矩陣, 三角矩陣, 三對角矩陣

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參考文獻

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, 頁 181-184 和 217-229, 1985.Sloane, N. J. A. 在“整數序列線上百科全書”中的序列 A000142/M1675。

在 上被引用

對角矩陣

請引用為

Weisstein, Eric W. “對角矩陣。” 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/DiagonalMatrix.html

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