Schur 分解

任意复方阵 $A\in\mathbb C^{n\times n}$ 均有酉矩阵 $U$,使得:

$$ U^*AU=T,\qquad T\text{ 为上三角矩阵},\qquad T_{ii}=\lambda_i(A). $$

这只保证三角化,并不保证对角化,也不要求 $A$ 本来可对角化。

正规矩阵判别

$$ A^A=AA^\quad\Longleftrightarrow\quad A=U\Lambda U^*,\quad U^*U=I. $$

所以 Hermitian、酉矩阵等都是正规矩阵;但一般正规矩阵不必为 Hermitian。

Schur 不等式

对任意方阵的特征值 $\lambda_1,\ldots,\lambda_n$:

$$ \sum_{i=1}^n|\lambda_i|^2\le \operatorname{tr}(A^*A)=\|A\|_F^2. $$

等号成立当且仅当 $A$ 正规:在 Schur 形式中,上三角非对角元素的平方模之和恰好是差值。

易错点

“可相似对角化”与“可酉相似对角化”不是同一件事;后一种当且仅当矩阵正规。

课件出处

3-2.pdf,第 2—34 页。