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为什么实对称矩阵一定可以正交对角化?

2024-11-26 22:52:08

实对称矩阵为何能正交对角化?实对称矩阵具有特殊性质,其中特征值为实数且特征向量彼此正交,这是其正交对角化的基础。

若一个矩阵A满足一定条件,我们能通过酉矩阵将其对角化。对于实对称矩阵而言,除了满足上述性质外,还额外具有一特点。即所有特征值皆为实数,特征向量两两正交。

已知所有矩阵均可相似转化为Jordan型,假设实对称矩阵A满足特定条件,那么存在矩阵P,使得A相似于对角矩阵D。此时,我们有A=PDP-1。

观察上式,我们发现D是对角矩阵,且A为对称矩阵。这意味着D也是对称矩阵。

因为A是对称矩阵,其性质决定了A的特征值皆为实数,特征向量两两正交,从而A能通过正交矩阵P对角化,转化为对角矩阵D。由于A同时具备Jordan型与对称性,可以推断出,A实际上就是对角矩阵。

关于正交性证明,其他答案已详细阐述,此处不再赘述。简而言之,实对称矩阵之所以能正交对角化,其根本在于其独特的性质,即所有特征值为实数且特征向量两两正交。这一性质使得实对称矩阵能通过正交矩阵实现对角化。