正交矩阵Q

正交矩阵Q[]

给予真的如果是显式正交矩阵,并且False(错误)否则。

详细信息和选项

  • A类第页×q个矩阵是正交的,如果第页q个转座[].q个×q个单位矩阵,或第页q个.转座[]第页×第页单位矩阵。
  • 正交矩阵Q适用于符号矩阵和数字矩阵。
  • 可以提供以下选项:
  • 标准化(Normalized) 真的测试矩阵列是否规范化
    同一测试 自动测试表达式相等性的函数
    公差 自动近似数公差
  • 对于精确矩阵和符号矩阵,选项同一测试->(f)表示两个条目ij公司b条ij公司被视为相等,如果(f)[ij公司,b条ij公司]给予真的.
  • 对于近似矩阵,选项公差->t吨可以用来表示规范γ=.T型-n个令人满意的γt吨取零,其中n个是单位矩阵。

示例

全部打开全部关闭

基本示例  (2)

测试是否为2×2数字矩阵是正交的:

测试是否为3×3符号矩阵是正交的:

验证条件模板框[{m},转置].m=I手工操作:

范围  (14)

基本用途  (6)

测试实矩阵是否正交:

实正交矩阵也是酉的:

测试复杂矩阵是否正交:

该矩阵满足模板框[{m},转置].m=I:

复值正交矩阵不是酉矩阵:

测试精确矩阵是否正交:

使矩阵正交:

使用正交矩阵Q使用任意决策矩阵:

随机矩阵通常不正交:

使用正交矩阵Q使用符号矩阵:

:

正交矩阵Q有效地处理大型数值矩阵:

特殊矩阵  (4)

使用正交矩阵Q使用稀疏矩阵:

使用正交矩阵Q使用结构化矩阵:

单位矩阵是正交的:

希尔伯特矩阵不是正交的:

矩形半正交矩阵  (4)

测试矩形矩阵是否为半正交矩阵:

由于列多于行,这表明这些行是正交的:

柱不是正交的:

测试行数多于列数的矩阵:

矩阵的列是正交的:

这些行不是正交的:

生成随机正交矩阵:

其行的任何子集形成一个矩形半正交矩阵:

正如其列的任何子集一样:

矩形单位矩阵是半正交的:

选项  (4)

标准化(Normalized)  (2)

符号正交矩阵列通常不归一化为1:

如果列已规范化,请避免测试:

将正交矩阵的第二列乘以2:

正交矩阵Q具有标准化(Normalized)False(错误)仍然会给真的对于:

然而,这并不是真的转座[]:

这是因为模板框[{m},转置]。米是对角矩阵,但m.模板框[{m},转置]不是:

同一测试  (1)

该矩阵与正实正交,但是正交矩阵Q给予False(错误):

使用选项同一测试要获得正确答案:

公差  (1)

生成一个具有随机阶扰动的正交实值矩阵10-13:

问题q在主对角线外不完全为零:

调整选项公差用于接受正交矩阵:

公差应用于以下值:

应用  (10)

正交矩阵的来源  (5)

任意正交基模板框[{},实际值]^n形成正交矩阵:

基础是正交:

将基向量放入矩阵的行中,形成正交矩阵:

将它们放在列中还可以得到一个正交矩阵:

正交化应用于实的、线性无关的向量生成正交矩阵:

矩阵不需要是方形的,在这种情况下,得到的矩阵是半正交的:

但起始矩阵必须具有完整的秩:

任何旋转矩阵都是正交的:

任何置换矩阵都是正交的:

从中提取的矩阵循环真实矩阵分布是正交的:

正交矩阵的使用  (5)

正交矩阵保留标准内积模板框[{},实际值]^n换句话说,如果是正交的,并且是向量,那么:

这意味着矢量之间的角度不变:

由于规范源自内积,因此也保留了规范:

任何正交矩阵都表示旋转和/或反射。如果矩阵有行列式,这是一个纯旋转。如果它是行列式,矩阵包含反射。考虑以下矩阵:

它是正交的,具有行列式:

因此,这是一个纯旋转;笛卡尔单位向量保持其相对位置:

以下矩阵是正交的,但具有行列式:

因此,它包括反射;笛卡尔单位向量反转它们的相对位置:

正交矩阵在许多矩阵分解中起着重要作用:

矩阵对于任何非零实向量总是正交的:

被称为Householder反射;作为反射,其行列式为:

它表示通过垂直于,正在发送:

任何垂直于未更改:

在矩阵计算中,用于将给定列向量的选定分量设置为零:

查找函数满足以下微分方程:

用表示叉积通过与反对称矩阵相乘:

计算指数并使用它定义方程的解:

确认满足微分方程和初始条件:

矩阵对于以下所有值都是正交的:

因此,解的轨道与原点的距离是恒定的,在这种情况下是一个圆:

属性和关系  (14)

矩阵是正交的,如果.转座[]标识矩阵[n个]:

对于近似矩阵,恒等式近似为真:

正交矩阵的逆矩阵是其转置矩阵:

因此,逆矩阵和转置矩阵也是正交矩阵:

实数正交矩阵保留了向量的标准内积模板框[{},实际值]^n:

因此,实正交矩阵也保留了范数:

任何实值正交矩阵都是酉的:

但复酉矩阵通常不是正交的:

正交矩阵的乘积是正交的:

实值正交矩阵是正常的:

复值正交矩阵不一定是正规的:

实值正交矩阵的特征值位于单位圆上:

使用特征值要找到特征值:

确认它们位于单位圆上:

这不适用于复值正交矩阵:

实正交矩阵具有一组完整的特征向量:

因此,它们必须是可对角化的:

使用特征向量要查找特征向量:

复数正交矩阵可能无法对角化:

对于实正交矩阵,奇异值均为1:

对于复杂正交矩阵,这不一定是真的:

正交矩阵的行列式是1或:

实正交矩阵的2-范数总是1:

对于复杂正交矩阵,这不一定是真的:

正交矩阵的整数幂是正交的:

矩阵Exp[]对于真正的反对称既正交又酉:

对于复杂的反对称,指数是正交的,但通常不是酉的:

正交矩阵可用于显式构造正交矩阵:

这些满足正交矩阵Q:

可能的问题  (1)

正交矩阵Q使用定义模板框[{m},转置].m=I_n对于实值矩阵和复值矩阵:

这些复矩阵不必是正规矩阵,也不必具有实正交矩阵的许多特性:

单位矩阵Q测试更常见的定义模板框[{m},共轭转置].m=I_n确保复杂矩阵正常:

或者,测试条目是否为实数,以限制为实数正交矩阵:

整洁的示例  (1)

旋转矩阵是正交的:

Wolfram Research(2014),正交矩阵Q,Wolfram语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/OrthogonalMatrixQ.html。

文本

Wolfram Research(2014),正交矩阵Q,Wolfram语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/OrthogonalMatrixQ.html。

CMS公司

Wolfram语言。2014.“正交矩阵Q.”Wolfram语言与系统文档中心。Wolfram研究。https://reference.wolfram.com/language/ref/OrthogonalMatrixQ.html。

亚太地区

Wolfram语言。(2014). 正交矩阵Q。Wolfram语言与系统文档中心。检索自https://reference.wolfram.com/language/ref/OrthogonalMatrixQ.html

BibTeX公司

@misc{reference.wolfram_2024_orthogonalmatrixq,author=“wolfram Research”,title=“{orthogonalmatrixq}”,year=“2014”,howpublished=“\url{https://reference.wolfram.com/language/ref/orthogonalmatrixq.html}”]}

BibLaTeX公司

@online{reference.wolfram_2024_orthogonalmatrixq,organization={wolfram Research},title={orthogonalmatrixq},year={2014},url={https://reference.wolfram.com/language/ref/orthogonalmatrixq.html},note=[访问时间:2024年9月20日]}