若尔当(约当/约旦)标准型的求解方法:


方法一:初等变换法

例:求矩阵  

python若尔当标准型_线性代数

  的若尔当标准型。

STEP1:求

python若尔当标准型_重数_02

的初等因子

 

注:定理指出,矩阵的特征矩阵(

python若尔当标准型_重数_03

)一定可以通过初等变换化为上述标准型,称为

python若尔当标准型_特征值_04

矩阵的标准型。初等因子:

python若尔当标准型_特征值_04

矩阵的标准型对角线上次数大于0且首项为1的一次方幂。本例题中,初等因子为

python若尔当标准型_python若尔当标准型_06


python若尔当标准型_线性代数_07


注:虽然上述两个初等因子对应的特征值相同,但是代表两个不同的若尔当块。

STEP2:写出每个初等因子对应的若尔当块

初等因子对应的特征值为对应若尔当块对角线元素,初等因子的阶数为对应若尔当块的阶数。

python若尔当标准型_python若尔当标准型_06

对应的若尔当块为:

python若尔当标准型_python若尔当标准型_09


python若尔当标准型_线性代数_07

对应的若尔当块为:

python若尔当标准型_矩阵_11

STEP3:写出若尔当标准型

python若尔当标准型_线性代数_12

python若尔当标准型_重数_13


python若尔当标准型_特征值_14

的顺序可以变,但一般按照初等因子的顺序。


方法二:求特征值法

例:求矩阵  

python若尔当标准型_线性代数

  的若尔当标准型。

STEP1:求矩阵的特征值


python若尔当标准型_特征值_16

,解得

python若尔当标准型_线性代数_17


STEP2:求每个特征值的几何重数(相同特征值求一次即可)

几何重数:代表该特征值对应的若尔当块的个数;几何重数=特征矩阵的列数-rank(特征矩阵)。

本题中:

python若尔当标准型_python若尔当标准型_18

对应的几何重数=

python若尔当标准型_重数_19

=3-1=2。

STEP3:求每个特征值对应的若尔当块的最大阶数

设每个特征值对应的若尔当块的最大阶数为

python若尔当标准型_线性代数_20

,则

python若尔当标准型_线性代数_20

为使

python若尔当标准型_线性代数_22

成立的最小正整数。

引用

本题中,由于

python若尔当标准型_重数_23

为零矩阵,所以k=2,即

python若尔当标准型_python若尔当标准型_18

对应的若尔当块的最大阶数为2,所以

python若尔当标准型_python若尔当标准型_18

有两个若尔当块,一个一阶的,一个二阶的,即:

python若尔当标准型_python若尔当标准型_09

python若尔当标准型_矩阵_11

STEP4:写出若尔当标准型

python若尔当标准型_线性代数_12

python若尔当标准型_重数_13


python若尔当标准型_特征值_14

的顺序可以变。


方法三:求Q矩阵(特征值均互异可用)

STEP1:求矩阵的特征值

STEP2:求矩阵的特征值对应的特征向量p1,p2,p3

STEP3:由特征向量组成Q矩阵

STEP4:求J

J=Q-1*A*Q