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对角矩阵


对角矩阵是一个方阵 A ,形式如下

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

其中 delta_(ij)克罗内克 deltac_i 是常数,且 i,j=1, 2, ..., n,没有对指标的隐含求和。因此,一般的对角矩阵形式如下

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

通常表示为 diag(c_1,c_2,...,c_n)

元素为 l={c_1,...,c_n} 的对角矩阵可以在 Wolfram 语言中使用以下命令计算DiagonalMatrix[l],并且可以使用以下命令测试矩阵 m 是否为对角矩阵DiagonalMatrixQ[m]。

diag(c_1,c_2,...,c_n) 给出的对角矩阵的行列式c_1c_2...c_n。这意味着 diag(1,2,...,n)=n!,因此对于 n=1, 2, ...,前几个值是 1, 2, 6, 24, 120, 720, 5040, 40320, ... (OEIS A000142)。

给定一个矩阵方程形式如下

 [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)

两边相乘得到

 [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)

由于通常情况下,对于 i!=jlambda_i!=lambda_j,这只有在非对角分量消失时才成立。因此,A 必须是对角矩阵。

给定一个对角矩阵 T,矩阵的可以通过简单地将每个元素取到相应的幂来计算,

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)

类似地,矩阵指数可以通过简单地对每个对角元素进行指数运算来执行,

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

另请参阅

反对称矩阵, 对角线, 对角二次型, 可对角化矩阵, 汉克尔矩阵, 约当块, 矩阵, 矩阵指数, 正规矩阵, 对称矩阵, 三角矩阵, 三对角矩阵

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, 页 181-184 和 217-229, 1985.Sloane, N. J. A. 在“整数序列在线百科全书”中的序列 A000142/M1675。

在 Wolfram|Alpha 上被引用

对角矩阵

请引用为

Weisstein, Eric W. “对角矩阵。” 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/DiagonalMatrix.html

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