矩阵的迹是指 矩阵主对角线上元素的和,通常用符号 $\mathrm{tr}(A)$ 表示。对于一个 $n \times n$ 的方阵 $A$,其迹被定义为:
$$
\mathrm{tr}(A) = \sum_{i=1}^n a_{ii}
$$
其中,$a_{ii}$ 表示矩阵 $A$ 中第 $i$ 行第 $i$ 列的元素。
矩阵的迹具有以下性质:
加法性质:
对于任意两个 $n \times n$ 的矩阵 $A$ 和 $B$,有:
$$
\mathrm{tr}(A + B) = \mathrm{tr}(A) + \mathrm{tr}(B)
$$
乘法性质:
对于任意两个 $n \times n$ 的矩阵 $A$ 和 $B$,有:
$$
\mathrm{tr}(AB) = \mathrm{tr}(BA)
$$
标量乘法性质:
对于任意 $n \times n$ 的矩阵 $A$ 和标量 $k$,有:
$$
\mathrm{tr}(kA) = k \mathrm{tr}(A)
$$
迹与特征值的关系:
矩阵的迹等于其所有特征值的总和。如果矩阵 $A$ 的特征值为 $\lambda_1, \lambda_2, \ldots, \lambda_n$,那么:
$$
\mathrm{tr}(A) = \lambda_1 + \lambda_2 + \ldots + \lambda_n
$$
相似不变性:
如果矩阵 $A$ 和 $B$ 相似,即存在一个可逆矩阵 $P$ 使得 $B = P^{-1}AP$,那么它们有相同的迹:
$$
\mathrm{tr}(A) = \mathrm{tr}(B)
$$
矩阵的迹在许多数学和科学领域都有广泛应用,例如在计算矩阵的行列式、特征值、以及解决线性方程组等问题中。