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對角矩陣

鎖定
對角矩陣(diagonal matrix)是一個主對角線之外的元素皆為0的矩陣,常寫為diag(a1,a2,...,an) 。對角矩陣可以認為是矩陣中最簡單的一種,值得一提的是:對角線上的元素可以為 0 或其他值,對角線上元素相等的對角矩陣稱為數量矩陣;對角線上元素全為1的對角矩陣稱為單位矩陣。對角矩陣的運算包括和、差運算、數乘運算、同階對角陣的乘積運算,且結果仍為對角陣。
中文名
對角矩陣
外文名
diagonal matrix
相    關
對角方陣
定    義
是一個主對角線之外的元素皆為 0
特殊形式
數量矩陣、單位矩陣
應用學科
線性代數
類    型
數學名詞

對角矩陣定義

對角矩陣(diagonal matrix)是一個主對角線之外的元素皆為0的矩陣。對角線上的元素可以為0或其他值。對角線上元素相等的對角矩陣稱為數量矩陣;對角線上元素全為1的對角矩陣稱為單位矩陣 [1] 
(1)對角矩陣形如:
(2)對角矩陣可以記作:
[2] 
(3)當
時,對角陣
稱為數量矩陣。
(4)當
時,叫做單位矩陣,記作E,有
[2] 

對角矩陣運算規律

對角矩陣和差運算

同階對角陣的和、差仍是對角陣,有: [2] 

對角矩陣數乘運算

數與對角陣的乘積仍為對角陣,有: [2] 

對角矩陣乘積運算

同階對角矩陣的乘積仍為對角陣,且它們的乘積是可交換的,有: [2] 

對角矩陣矩陣條件

對角矩陣充要條件

n階矩陣A相似於對角矩陣的充要條件是A有n個線性無關的特徵向量 [3] 
證明過程:
(1)必要性。
設有可逆矩陣P,使得
令矩陣P的n個列向量為
,則有
因而
,因為P為可逆矩陣,所以
為線性無關的非零向量,它們分別是矩陣A對應於特徵值
的特徵向量。
(2)充分性。
由必要性的證明可見,如果矩陣A有n個線性無關的特徵向量,設它們為
,對應的特徵值分別為
,則有
,以這些向量為列構造矩陣
,則P可逆,且
,其中C如下:

對角矩陣推論

若n階矩陣A有n個不同的特徵值,則A必能相似於對角矩陣。 [3] 
説明:當A的特徵方程有重根時.就不一定有n個線性無關特徵向量,從而未必能對角化
參考資料
  • 1.    丁偉編著.精通MATLAB R2014a.北京:清華大學出版社,2014:49-49
  • 2.    崔唯主編;姚志鵬,胡大紅,何丹副主編;陳盛雙主審.線性代數.武漢:武漢大學出版社,2013:34-35
  • 3.    劉坤,許定亮主編;高楓副主編.線性代數 第2版.南京:南京大學出版社,2015:113-114