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初等因子怎么求

原创2025-06-21 01:19:39

求一个矩阵的初等因子可以通过以下步骤进行:

将矩阵化为Smith对角型

对于一个给定的矩阵多项式 \( P(x) \),先将其化为Smith对角型 \( \text{diag}\{d_1(x), d_2(x), \ldots, d_r(x), 0, \ldots, 0\} \),其中每个 \( d_i \) 都整除 \( d_{i+1} \)。

这些 \( d_1(x), d_2(x), \ldots, d_r(x) \) 就是矩阵的不变因子。

因式分解不变因子

对这些不变因子在某个给定的域上进行因式分解,得到的形如 \( p(x)^{k} \) 的因子就是初等因子。

具体地,如果 \( d_r = p_1(x)^{e_{r1}} \ldots p_m(x)^{e_{rm}} \) 和 \( d_1 = p_1(x)^{e_{11}} \ldots p_m(x)^{e_{1m}} \),其中 \( p_i(x) \) 是两两不同的不可约多项式,每个 \( e_{ij} \) 都是非负整数,那么所有 \( e_{ij} > 0 \) 对应的因子 \( p_i(x)^{e_{ij}} \) 就是初等因子。

通过Jordan标准型求初等因子

将 \( \lambda E - A \) 化为Jordan标准型,即对角矩阵,且对角线上的多项式可以依次整除。

对角线上的多项式就是矩阵 \( A \) 的不变因子。

将每一个不变因子拆开,就得到了初等因子。

通过初等变换和特征值分解

首先用初等变换将特征矩阵 \( \lambda E - A \) 化为对角形式。

然后将主对角线上的元素分解成互不相同的一次因式方幂的乘积,所有这些一次因式的方幂(相同的按出现的次数计算)就是矩阵的全部初等因子。

建议

在实际应用中,通常先通过矩阵的相似变换(如Jordan标准型)或特征值分解来找到不变因子,然后再对这些不变因子进行因式分解,从而得到初等因子。

确保在因式分解时,所有因子都是互不相同且首项为1的一次因式方幂的乘积,以满足初等因子的定义。

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