実対称行列のスペクトル分解
を或ることに使いたいので、線形代数について事実の纏め。
■ベクトル空間
- 集合
、体
が次の条件を満たすとき、
を
上のベクトル空間と呼ぶ。
が
の和とスカラー倍に関してベクトル空間となるとき、
を
の部分空間と呼ぶ。
- 空でない
に対して、
は
の部分空間となる
- 空でない
が
の部分空間のとき、
は
を含む最小の
の部分空間となる
は
の部分空間となる
のとき、
を
と
の直和と呼び、
で表す
は一般に部分空間ではない
は 次の算法で
次元ベクトル空間となり、数ベクトル空間と呼ぶ
■内積
■次元
は
に対して一意に定まり、
の
上の次元と呼ぶ
のとき、
を
の基底と呼ぶ
- 基底
を一つ選ぶと、
の任意の元
は
と一意に表される
- 基底
のとき、
を直交基底と呼ぶ
- さらに
のとき、
を正規直交基底と呼ぶ
■線形写像
は
の部分空間となり
の像と呼ぶ
- その次元
を
のrankと呼ぶ
は
の部分空間となり
の核と呼ぶ
- その次元
を
のnullityと呼ぶ
となる
■行列
の基底
と
の基底
を固定すると、
と一意に表せる
に対して、
となるので、
は行列
で表せる
を
に関する
の表現行列と呼ぶ
- 行列
に対して
を
のrankと呼ぶ、ここで
は
の第
列とする
となる
- 2つの行列
に対して、
は共に
の表現行列
正則行列
が存在して
■特殊な線形変換/行列
なる線形変換
を直交写像と呼び、その表現行列を直交行列と呼ぶ
なる線形変換
を対称写像と呼び、その表現行列を対称行列と呼ぶ
なる線形変換
をベキ等写像と呼び、その表現行列をベキ等行列と呼ぶ
の直和分解
が存在し、
に対して
なる線形変換
を射影と呼び、その表現行列を射影行列と呼ぶ
- 対称な射影を直交射影と呼ぶ
-
が直交行列
が対称行列
がベキ等行列
は射影行列
-
射影
が存在し、次の4条件を満たす
■固有値
- 線形変換
に対して
なる
と
があるとき、
を
の固有値、
を
に対応する
の固有ベクトルと言う
の固有値
に対応する固有ベクトル全体に
を加えた集合
は
の部分空間となり、
に対応する
の固有空間と言う
- 線形変換
を正方行列
として、
に対しても同様の概念を定義すると
が実対称行列のとき、
は重複を許して
個の固有値を持ち、それらは全て実数
なる
は直交行列
- 次を満たす正射影行列
が一意に存在する
の正規直交基底を
とすると、
の
成分は