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广义特征空间

Generalized eigenspace · Root space

由某个 (TλI)k 消去的全部向量组成的最大特征根空间。

条目类型
定义

形式陈述

T:VV 是有限维线性算子,λ 是底域中的特征值。定义

Gλ=k1ker(TλI)k.

核链 ker(TλI)ker(TλI)2 单调增长,并因有限维性最终稳定;至迟可取 N=dimV。它包含普通特征空间,维数等于 λ 的代数重数;不同特征值的广义特征空间之和总是直和。只有当特征多项式在底域上完全分裂时,这些空间的直和才等于整个 V;未分裂时应按不可约因子使用主分解。

直觉

普通特征向量只看一步不动方向,广义特征向量允许经过有限次“去掉 λ 部分”后归零。当 TλI 不能一次把所有相关方向送到零时,可以反复作用,收集最终被某个幂杀掉的向量。广义特征空间因此不仅包含真正特征向量,还包含沿 Jordan 链逐级流向特征向量的方向。稳定后的核记录了特征值λ 对算子全部的局部贡献。

例子与边界

单个 Jordan 块只有一条特征线,却有整个块作为广义特征空间。若底域上特征多项式不分裂,需扩域或使用不可约主分解。对 Jordan 块 J=(λ10λ)e1 是特征向量,e2 不是,但 (JλI)e2=e1(JλI)2e2=0,故两者都在广义特征空间。若多项式未在底域分裂,空间不一定能分解为这些子空间;扩域后才可能出现完整分解。

推论与应用

把不可对角化部分组织成 nilpotent 链,是 Jordan 标准形的直接前置。广义特征空间是 不变子空间,其维数等于特征值的代数重数。若特征多项式在底域上完全分裂,各特征值对应空间的 直和 才给出整个空间的主分解,并直接形成 Jordan 标准形算子极小多项式(xλ) 的最高幂则控制最大 Jordan 块。广义特征向量链属于精确相似分类,不应被当作浮点算法的稳定输出;实际谱计算通常保留Schur 分解给出的酉不变子空间。

参考资料
关系图谱8 个相邻概念 · 2 类关系

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