线性代数复习（已完结，最后更新2/23）

Chapter 6：线性变换

定理 线性变换可对角化存在的一组特征向量构成的一组基.

定理 复方阵可对角化的最小多项式没有重根.

主要思路，首先是由各个特征子空间的和是直和，构造多项式，之间是互素的，因此可以写出裴蜀定理，在裴蜀等式中代入线性变换同时作用于，然后说明.

定理 矩阵，为任意正整数，有： 思路：取子空间.定义线性映射，.而的核空间维数分别为不等式的左边和右边，而即得证.

定理 复数域上的任何阶方阵相似于上三角形矩阵，且的对角元为的全体特征值.

定理 任意矩阵的特征多项式都是的零化多项式.

思路均为归纳法.

定理（牛顿公式） 对和整数，其中，是中取个相乘后累加，.

Chapter 7：标准形

定理（根子空间分解） 设维复线性空间的线性变换的个不同特征值为，特征多项式为.则属于特征值的全体根向量和共同组成，且维数为，称为属于特征值的根子空间，记为.且有关系.

思路：设，令作用于上得到.再由互素，利用裴蜀定理代入即可.

此外，设为属于特征值的次根向量，那么线性无关，并且构成的一组基.

定义（循环子空间） 是数域上的线性空间上的线性变换，且.则中包含的全体不变子空间的交仍然是包含的 不变子空间，因此是包含的最小 不变子空间.由中一个向量生成的不变子空间称为循环子空间，，且为的一组基，其中是相对于的最小多项式的次数.

在下的矩阵是：

且有. 特征多项式等于最小多项式，这是这类矩阵的特征.

定理（多项式矩阵相关）

1. 复数域上的矩阵与相抵具有相同的秩和初等因子组.
2. 是对角元不全为零的对角阵，则的初等因子组是的初等因子组共同组成的集合.
3. ，在上相似特征方阵与在上相抵.
4. 是上的循环变换在任意一组基下的矩阵为单纯方阵（特征多项式等于最小多项式的方阵）.
5. ，是数域且，那么在上相似在上相似.

Chapter 8：二次型

定理

1. 是数域上的阶对称方阵，则 上存在阶可逆方阵使得是对角矩阵.
2. 实对称方阵正定存在阶实可逆方阵使得.
3. 与正定（或半正定）实矩阵相合的矩阵仍然正定（或半正定）.

定理（不等式）

是阶实可逆方阵，有： 等号成立的充要条件是的列向量两两正交.

Chapter 9：内积

定义（有限维实线性空间的内积） 任取的一组基，任取阶实对称方阵，，在下的坐标为，则定义.

定理（柯西不等式） .

定理（三角不等式） 为欧式空间，，有.

定理 同一个内积在两组基下的度量矩阵相合，即：，为到的过渡矩阵.

定理 任意实方阵都可以正交相似为准上三角阵，对角元为所有实特征值和成对复特征值构成的正交方阵.

例子 可以相似成正交方阵可以相似成正交方阵．

右推左，

推论 对任意实对称方阵，存在可逆上三角矩阵，使得.

思路：将原来的基做正交化，即正交矩阵.

定理（QR分解） 是阶实可逆方阵，则存在正交矩阵和对角元都大于零的上三角矩阵，使得.

欧式空间的内积 满足双线性，对称性和正定性.

酉空间的内积 满足共轭双线性，共轭对称性和正定性.

定理

1. 类似于欧式空间，对任意共轭对称方阵，存在可逆上三角矩阵，使得.
2. 类似于欧式空间，酉空间两组标准正交基之间的过渡矩阵满足.这种称为酉方阵.
3. 任一复方阵酉相似于上三角形矩阵.
4. 与规范方阵酉相似的方阵仍然是规范方阵.
5. 复方阵是规范方阵酉相似于对角矩阵.
6. 酉方阵的逆，乘积和与其酉相似的方阵仍是酉方阵.
7. 与Hermite方阵酉相似、共轭相合的矩阵仍为Hermite方阵.
8. 是酉方阵酉相似于，且.
9. 是Hermite方阵酉相似于，且.正定的全部特征值为正实数.
10. 酉方阵、Hermite方阵和复规范方阵属于不同特征值的特征向量互相正交.

定理（不等式） 是阶复方阵，有，等号成立当且仅当是规范方阵.

思路：将酉相似于上三角阵.

定理（奇异值分解） 是阶复矩阵，存在阶酉方阵和阶酉方阵使得，其中为的全部非零特征值的算术平方根.

定理（矩阵的极分解） 是阶复方阵，可以分解为半正定Hermite方阵 和一个酉方阵 的乘积，且由唯一确定.

其他结论（期中考试以前）

证明利用初等变换即可。