若尔当标准形的几何理论(1)
找一组基使线性变换在这组基下的矩阵称为若尔当标准形
定义:对于线性空间V中的线性变换的多项式
及任意向量
,若有
,则称
是
对于
的零化多项式,若
是
对于
的零化多项式中次数最低的首一多项式,则称
为
对于
的最小多项式
易证对
的最小多项式整除
对
的任一零化多项式
引理:对上有限维空间
上的线性变换
,下列结论等价
1.在基
下的矩阵是若尔当块
2.,
,
,
,
是
的基且
3.,且
是
的最小多项式
证明:
由线性变换矩阵的定义,显然成立
必要性
,有
此时是
的一个零化多项式
设为
由
但是
的一组基,线性无关
故
即
故是
的最小多项式
充分性
首先是
的零化多项式
故
有
作带余除法,
则有
即为
的线性组合
设
则
令
则
若,则
与是
的最小多项式矛盾
故
故
即证线性无关
故为的基
定理:,
如上
则在某基下的矩阵为若尔当形
的充要条件为中存在
,使
且每个的最小多项式是
证明:
是
-不变子空间的直和
且每个在
上有基使它的矩阵是
,对每个
,有
使
且对
的最小多项式为
注:定理说明,要证若尔当标准形存在,只需证存在不变子空间的直和分解
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