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과학

정규행렬

정규행렬과학
영어
Normal matrix
정의식
AAᴴ = AᴴA
대각화
복소수에서 유니터리 대각화 가능
대표적인 경우
에르미트행렬과 유니터리행렬
정규행렬은 자신의 켤레전치와 곱셈 순서를 바꾸어도 결과가 같은 복소 정사각행렬이다. AAᴴ = AᴴA를 만족하며, 복소수 범위에서는 유니터리행렬을 사용해 대각화할 수 있다는 조건과 동치다.

켤레전치와의 교환

일반적인 행렬 곱에서는 AB와 BA가 같지 않을 수 있다. 정규 조건은 특히 A와 Aᴴ 사이에서 두 곱이 같다는 뜻이다. A가 모든 다른 행렬과 곱셈 순서를 바꾸어도 된다는 뜻은 아니다.

정규이지만 에르미트는 아닌 예

대각 성분이 i와 2인 행렬 A는 Aᴴ의 대각 성분이 −i와 2다. AAᴴ와 AᴴA는 모두 대각 성분이 1과 4인 행렬이므로 A는 정규다. 그러나 Aᴴ가 A와 다르므로 에르미트행렬은 아니다.

대표적인 정규행렬

에르미트행렬은 Aᴴ = A이므로 정의식의 양쪽이 A²가 된다. 유니터리행렬은 AAᴴ와 AᴴA가 모두 단위행렬이다. 두 유형 모두 정규행렬에 포함되지만 정규행렬의 고유값이 언제나 실수일 필요는 없다.

대각화와의 차이

복소 정사각행렬이 정규이면 정규직교 고유벡터 기저를 선택할 수 있다. 유니터리 기저 변경으로 대각행렬을 얻는다는 뜻이다. 일반적인 가역행렬로 대각화할 수 있다는 조건만으로 정규성을 보장하지는 않으며, 실수 범위에서 실수 대각화를 요구하는 조건과도 구별해야 한다.

관련 문서

켤레전치 / 에르미트행렬 / 유니터리행렬 / 정규직교 기저 / 대각화 / 고유값 / 닮음행렬