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과학

슈어 분해

슈어 분해과학
영문명
Schur decomposition
복소수 표현
A = QTQ*
Q의 성질
유니터리 행렬
T의 구조
복소수 형식에서는 상삼각행렬
슈어 분해는 복소수 정사각 행렬을 유니터리 닮음 변환으로 상삼각행렬로 나타내는 분해다. 복소수 형식은 A = QTQ*로 쓰며 Q*는 켤레전치다. 실수 행렬에는 실수 직교행렬과 일차 또는 이차 대각 블록을 쓰는 실수 슈어 형식도 있다.

대각화와는 다른 분해다

복소수 슈어 형식에서 T의 대각 원소는 A의 고유값이다. 다만 대각선 위에 0이 아닌 원소가 남을 수 있으므로 대각화와 동일하지 않다. 대각화할 수 없는 행렬도 슈어 분해로 표현할 수 있다.

Q의 모든 열이 고유벡터는 아니다

두 행이 (1,3), (0,2)인 행렬 A에서는 Q를 단위행렬, T를 A로 두면 된다. 첫 열 (1,0)은 고유값 1의 고유벡터다. 하지만 둘째 열 (0,1)에 A를 곱하면 (3,2)가 되어 원래 방향과 나란하지 않다. 슈어 벡터를 전부 고유벡터라고 부르면 안 된다.

실수 형식의 이차 블록

두 행이 (0,-1), (1,0)인 회전 행렬의 고유값은 i와 -i다. 실수 슈어 형식에서는 이 행렬 자체가 하나의 이차 대각 블록이 될 수 있다. 그 대각 원소 0과 0을 각각 고유값이라고 읽으면 잘못이다. 실수 형식과 복소수 상삼각 형식의 구분이 필요하다.

계산에서의 활용

행렬 함수를 계산할 때 원래 행렬 대신 삼각 형태를 이용하는 데 쓰인다. 조르당 표준형과 달리 변환 행렬에 유니터리 조건을 사용한다. 실제 결과를 검사할 때는 곱이 원래 행렬을 재현하는지와 Q의 직교 또는 유니터리 조건을 함께 확인한다.

관련 문서

조르당 표준형 / 대각화 / 고유값 / 삼각행렬 / 직교행렬 / 행렬 지수 함수 / 행렬 / 단위행렬