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矩陣的跡


一個 n×n 方陣 A 的跡定義為

 Tr(A)=sum_(i=1)^na_(ii),
(1)

即,對角線元素的總和。 矩陣的跡在 Wolfram 語言 中實現為Tr[list]。 在 群論 中,跡被稱為“群特徵標”。

對於 方陣 AB,以下等式成立

Tr(A)=Tr(A^(T))
(2)
Tr(A+B)=Tr(A)+Tr(B)
(3)
Tr(alphaA)=alphaTr(A)
(4)

(Lang 1987,p. 40),其中 A^(T) 表示轉置。 跡在 相似變換 下也是不變的

 A^'=BAB^(-1)
(5)

(Lang 1987,p. 64)。 因為

 (bab^(-1))_(ij)=b_(il)a_(lk)b_(kj)^(-1)
(6)

(此處使用愛因斯坦求和約定對重複索引求和),由此得出

Tr(BAB^(-1))=b_(il)a_(lk)b^(-1)_(ki)
(7)
=(b^(-1)b)_(kl)a_(lk)
(8)
=delta_(kl)a_(lk)
(9)
=a_(kk)
(10)
=Tr(A),
(11)

其中 delta_(ij)克羅內克 delta

兩個方陣乘積的跡與乘法順序無關,因為

Tr(AB)=(ab)_(ii)
(12)
=a_(ij)b_(ji)
(13)
=b_(ji)a_(ij)
(14)
=(ba)_(jj)
(15)
=Tr(BA)
(16)

(再次使用愛因斯坦求和約定)。 因此,交換子 AB 的跡由下式給出

 Tr([A,B])=Tr(AB)-Tr(BA)=0.
(17)

另一方面,透過類似的論證,三個或更多方陣乘積的跡僅在矩陣乘法順序的迴圈置換下是不變的。

一個對稱矩陣和一個反對稱矩陣的乘積的跡為零,

 Tr(A_SB_A)=0.
(18)

可以使用以下事實找到一個 3×3 非奇異矩陣的跡的值:該矩陣始終可以轉換為座標系,其中 z-軸 沿旋轉軸。 在新的座標系中(假設也已適當重新縮放),矩陣

 A^'=[cosphi sinphi 0; -sinphi cosphi 0; 0 0 1],
(19)

所以跡是

 Tr(A^')=Tr(A)=a_(ii)=1+2cosphi,
(20)

其中 a_(ii) 被解釋為愛因斯坦求和約定。


另請參閱

群特徵標, 矩陣, 方陣, 張量縮並, 張量跡

使用 探索

參考文獻

Lang, S. 線性代數,第 3 版。 紐約:Springer-Verlag,pp. 40 和 64,1987 年。Munkres, J. R. 代數拓撲基礎。 紐約:Perseus Books Pub.,p. 122, 1993 年。

在 中引用

矩陣的跡

請按如下方式引用

Weisstein, Eric W. “矩陣的跡。” 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/MatrixTrace.html

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