线性代数(三十三) : 凯莱-哈密顿定理

凯莱-哈密顿定理由两位数学家的名字命名,该定理有利于寻找标准若尔当形。

0 矩阵系数多项式

顾名思义,系数是矩阵的多项式,也叫多项式矩阵,下边是一个例子:

 线性代数(三十三) : 凯莱-哈密顿定理_第1张图片

1 凯莱哈密顿定理

矩阵A满足其自身的特征多项式:


证明:

该定理的证明需要分以下两种情况:

(i)  A无相同特征值

此时A存在n个线性无关的特征向量:


因此对于任意向量h有:


在上式两端同时乘以Pa(A) 得到:

定理得证。其中aj是p(A)的特征值

(ii)对于一般情形的证明,需要用到以下的引理:

2 引理 设PQ为两个矩阵系数多项式:


乘积PQ=R 为:


如果A可与Q的系数交换 则:


运用上边的引理:

设Q(s)=sI-A,并且P(s)为Q(s)的余子式构成的矩阵,即:

 

其中D为Q(s)的(i,j)子式的行列式。根据克拉姆法则有:

 

其中Pa(s)是A的特征多项式,显然A可与Q的系数交换,根据上边的引理

在上式中令s = A .再根据Q(A) = 0 (因为是特征多项式) 可知:

 

定理得证

凯莱-哈密顿定理可以看做是克莱姆法则的推论

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