共轭转置

矩阵的共轭转置(英語:,又称埃尔米特共轭、埃尔米特转置(英語:))的定义为:

其中表示矩阵i行j列上的元素,表示标量的复共轭。

这一定义也可以写作:

其中是矩阵A的转置,表示对矩阵A中的元素取复共轭。

通常用以下记号表示矩阵A的共轭转置:

  • 或,常用于线性代数
  • ,普遍用于量子力学,而同時只表示為的複數共軛。[1]
  • (但这一记号通常指矩阵的摩尔-彭若斯广义逆)

注意:某些情况下也指仅对矩阵元素取复共轭,而不做矩阵转置,切勿混淆。

实例

若

,

则

。

基本评注

如果A的元素是实数,那么A*与A的转置AT相等。把复值方块矩阵视为复数的推广,以及把共轭转置视为共轭复数的推广通常是非常有用的。

元素为的方块矩阵A称为:

  • 埃尔米特矩阵或自伴矩阵,如果A = A*,也就是说, ;
  • 斜埃尔米特矩阵或反埃尔米特矩阵,如果A = −A*,也就是说, ;
  • 正规矩阵,如果A*A = AA*。

即使A不是方块矩阵,A*A和AA*仍然是埃尔米特矩阵和半正定矩阵。

性质

  • (A + B)* = A* + B*。
  • (rA)* = r*A*,其中r为复数,r*为r的复共轭。
  • (AB)* = B*A*,其中A为m行n列的矩阵,B为n行p列矩阵。
  • (A*)* = A 。
  • 若A为方阵,则det(A*) = (det A)*,且tr(A*) = (tr A)* 。
  • A是可逆矩阵,当且仅当A*可逆,且有(A*)−1 = (A−1)* 。
  • A*的特征值是A的特征值的复共轭。
  • <Ax,y> = <x, A*y>,其中A为m行n列的矩阵,复向量x为n维列向量,复向量y为m维列向量,<·,·>为复数的内积。

推广

  • 从上面给出的最后一个性质可以推出,如果我们把A视为从希尔伯特空间Cn到Cm的线性变换,则矩阵A*对应于A的自伴算子。于是,希尔伯特空间之间的自伴算子可以视为矩阵的共轭转置的推广。
  • 还可以进行另外一种推广:假设A是一个从复值向量空间V到W的线性映射,那么可以定义复共轭线性映射和线性映射的转置,并可以取A的共轭转置为A的转置的共轭复数。它把W的共轭对偶映射到V的共轭对偶。

参见

参考资料

  1. Griffiths, Introduction to Quantum Mechanics 2nd, 2005, pg. 443

外部链接

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