不定内积下H—正规矩阵的分解及其H—极分解

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本文在复数域C范围内,我们详细讨论了H—正规矩阵的各种分解形式(定理5和它的三个推论),并给出了相应的算法(第四部分)。 定理5设X∈Fnxn是一个H—正规矩阵,则存在可逆的矩阵P,满足和这里Xi和Hi的阶数一样,每个Xi至多有两个不同的特征值。 我们利用文献[1]、文献[2]给出了v(H)=1和v(H)=2时不可分解H—正规矩阵X的标准形(定理6、定理7),得出了v(H)≤2时,一般H—正规矩阵的标准型(定理9、定理10)。 定理9 设X∈Fnxn是一个H—正规矩阵,且v(H)=1,那么存在可逆的矩阵P,使得这里v(H1)=1,(X1,H1)的形状是(4)~(9)中的某一个,X2是一个对角矩阵。 注:(4)~(9)详见全文内容中的表示式,下同。 定理10 设X∈Fnxn是一个H—正规矩阵,且v(H)=2,那么存在可逆的矩阵P,使得这里v(H1)=2,(X1,H1)的形状是(10)~(27)中的某一个,X2是一个对角矩阵,或者 这里v(H1)=v(H2)=1,((?)1,H1)和((?)2,H2)的形状是(4)~(9)中的某一个,(?)3是一个对角矩阵。 我们同时还研究了H—正规矩阵的指数函数和对数函数的相关性质(第八部分),以及不可分解H一正规矩阵在奇异时的一些特有的性质(第九、第十部分)。利用这些性质,我们对2001年Brianllnes在文献【6]提出的(l)、(4)两个公开问题 (open Problem): 问题1是否每一个H一正规矩阵X都有H一极分解? 问题4若一个H一正规矩阵X都有极分解X=UA,那么U、A是否可交换?我们在v(H)‘2时的情形给出了全面、完整的回答,同时我们还解决了H一正规矩阵的H一极分解的唯一性。 利用这些性质,我们获得每一个非奇异的H一正规矩阵X都能够进行极分解,并且它的极分解因子是可以交换,而奇异的H一正规矩阵X在v(H)‘2时,通过利用它的分解定理和标准型最终都转化为对它的不可分解子块x‘的研究,我们得到如下两个结果(定理24和定理26)。 定理24设XE FZmxZ’是一个不可分解的奇异的H一正规矩阵,并且有两个不同的特征值又二0和群,0,若(X,H)的标准形为、、.....夕产.了二0 /X月0、/X·}矿x}这里J(xl)一‘一0,口(乓,一“‘”,H一} 、乙/、那么X一定可以H一极分解。 定理26方程(32)式的右端的幂零矩阵了。,若能分解成两个互不相交的子块,这两个子块满足(1)当n=Zm时,两个子块的阶数相等,一个对应方的正特征值,一个对应厅的负特征值;或(2)当n=Zm一1时,两个子块的阶数相差为l,一个阶数为m,对应万的正特征值;一个阶数为m一l,对应万的负特征值;这时存在万一自伴随矩阵万,满足万,一J。。 我们给出了不可分解H一正规矩阵奇异时的H一极分解的判断法则和极分解因子u、A的求法。我们得到的最终结果为:只有在v(H)一2时的第(2)种情况H一正规矩阵可能没有极分解,其它各种情况H一正规矩阵都能进行极分解,但是它的所有的极分解因子都不能交换。
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