浅谈正交矩阵的求法

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  1.引言
  矩阵是线性代数中的核心内容,而正交矩阵是一种常用的矩阵,它在正交变换理论中起着十分重要的作用.正交矩阵不仅在线性代数中,而且在理工各学科领域的数学方法中,如优化理论、计算方法、信息分析中有着举足轻重的地位.本文将总结两种正交矩阵的求法:第一种是用施密特正交化求一个正交矩阵,说明了具体的解题步骤,并举例说明;第二种是利用合同变换求一个正交矩阵,对其中用的重要定理、引理进行了证明,说明了这种方法的具体求解过程,并举例说明.
  定义1.1n阶实矩阵A,若满足A′A=E,则称A为正交矩阵.
  2.用施密特正交化方法求正交矩阵
  关于化实对称矩阵A为对角形的讨论,大部分教科书中,都采用施密特正交化的方法求出正交矩阵T,按常规是分三步进行:
  (1)求λE-A的全部不同的特征根λ1,λ2,…,λ1它們都是A的特征根.
  (2)对每个特征根λ,解齐次线性方程组(αiE-A)X=0,求出它的一个基础解系:αi1,αi2,…,αiki(1),对(1)施用施密特正交化得:βi1,βi2,…,βiki(2),再把(2)单位化,得:ηi1,ηi2,…,ηiki(3)
  (3)以ηi1,ηi2,…,ηiki为列向量的矩阵T就是所求的正交矩阵.
  例1.设矩阵A=1 2 22 1 22 2 1,求一个正交矩阵T,使得T′AT成为对角矩阵.
  解:λE-A=(λ+1)2(λ-5)特征值是-1(二重)和5
  把特征值-1代入齐次方程组
  (λ-1)x1-2x2-2x3=0-2x1+(λ-1)x2-2x3=0-2x1-2x2+(λ-1)x3=0
  得到-2x1-2x2-2x3=0-2x1-2x2-2x3=0-2x1-2x2-2x3=0
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