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矩阵的迹


一个 n×n 方阵 A 的迹定义为

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

即,对角线元素的总和。 矩阵的迹在 Wolfram 语言 中实现为Tr[list]。 在 群论 中,迹被称为“群特征标”。

对于 方阵 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) 表示转置。 迹在 相似变换 下也是不变的

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

(Lang 1987,p. 64)。 因为

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

(此处使用爱因斯坦求和约定对重复索引求和),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)克罗内克 delta

两个方阵乘积的迹与乘法顺序无关,因为

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

(再次使用爱因斯坦求和约定)。 因此,交换子 AB 的迹由下式给出

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

另一方面,通过类似的论证,三个或更多方阵乘积的迹仅在矩阵乘法顺序的循环置换下是不变的。

一个对称矩阵和一个反对称矩阵的乘积的迹为零,

 Tr(A_SB_A)=0.
(18)

可以使用以下事实找到一个 3×3 非奇异矩阵的迹的值:该矩阵始终可以转换为坐标系,其中 z-轴 沿旋转轴。 在新的坐标系中(假设也已适当重新缩放),矩阵

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

所以迹是

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

其中 a_(ii) 被解释为爱因斯坦求和约定。


另请参阅

群特征标, 矩阵, 方阵, 张量缩并, 张量迹

使用 探索

参考文献

Lang, S. 线性代数,第 3 版。 纽约:Springer-Verlag,pp. 40 和 64,1987 年。Munkres, J. R. 代数拓扑基础。 纽约:Perseus Books Pub.,p. 122, 1993 年。

在 中引用

矩阵的迹

请按如下方式引用

Weisstein, Eric W. “矩阵的迹。” 来自 Web 资源。 https://mathworld.net.cn/MatrixTrace.html

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