可交換矩陣

滿足乘法交換律的方陣

高等代數中可交換矩陣具有一些特殊的性質。下面所說的的矩陣均指n階實方陣。

定義


滿足乘法交換律的方陣稱為可交換矩陣,即矩陣滿足:。

條件


定理1

下面是可交換矩陣的充分條件
(1)設至少有一個為零矩陣,則可交換;
(2)設至少有一個為單位矩陣,則可交換;
(3)設至少有一個為數量矩陣,則可交換;
(4)設均為對角矩陣,則可交換;
(5)設均為準對角矩陣(准對角矩陣是分塊矩陣概念下的一種矩陣。即除去主對角線上分塊矩陣不為零矩陣外,其餘分塊矩陣均為零矩陣),且對角線上的子塊均可交換,則可交換;
(6)設是的伴隨矩陣,則與可交換;
(7)設可逆,則與其逆矩陣可交換;
註:的逆矩陣經過數乘變換所得到的矩陣也可以與進行交換。
(8)可與交換。這一點由矩陣乘法的結合律證明。

定理2

(1)設,其中為非零實數,則可交換;
(2)設其中為正整數,為非零實數,則可交換.

定理3

(1)設可逆,若或或,則可交換;
(2)設均可逆,若對任意實數,均有,則可交換.

充要條件


定理4

下列均是可交換的充要條件:
(1)
(2);
(3);
(4)

定理5

可逆矩陣可交換的充要條件是:
(

定理6

(1)設均為(反)對稱矩陣,則可交換的充要條件是為對稱矩陣;
(2)設有一為對稱矩陣,另一為反對稱矩陣,則可交換的充要條件是為反對稱矩陣.

性質


性質1

設可交換,則有:
(1)其中都是正整數;
(2),其中是的多項式,即與的多項式可交換;
(3)
(4)(矩陣二項式定理)

性質2

設可交換,
(1)若均為對合矩陣,則也為對合矩陣;
(2)若均為冪等矩陣,則,也為冪等矩陣;
(3)若均為冪幺矩陣,則也為冪幺矩陣;
(4)若均為冪零矩陣,則均為冪零矩陣.

性質3

若可交換,則可同時上三角化。