
【計】 triangular matrix
三角矩陣(Triangular Matrix)是線性代數中的核心概念,指矩陣中主對角線以上或以下的所有元素均為零的方陣。根據零元素的位置,分為上三角矩陣和下三角矩陣兩類:
上三角矩陣(Upper Triangular Matrix)
主對角線以下的元素全為零,即當 ( i > j ) 時,元素 ( a_{ij} = 0 )。例如:
$$ begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 0 & 4 & 5 0 & 0 & 6 end{bmatrix} $$
下三角矩陣(Lower Triangular Matrix)
主對角線以上的元素全為零,即當 ( i < j ) 時,元素 ( a_{ij} = 0 )。例如:
$$ begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 2 & 3 & 0 4 & 5 & 6 end{bmatrix} $$
行列式計算
三角矩陣的行列式等于主對角線元素的乘積:
( det(A) = a{11} times a{22} times cdots times a_{nn} ) 。
方程組求解的簡化
在解線性方程組 ( Ax = b ) 時,若 ( A ) 為三角矩陣,可通過前向替代(下三角)或回代(上三角)快速求解,計算複雜度僅為 ( O(n) ) 。
特征值與對角元素
三角矩陣的特征值即為主對角線元素,這一性質簡化了特征分析過程 。
矩陣分解
三角矩陣是LU分解的核心輸出(( A = LU ),其中 ( L ) 為下三角,( U ) 為上三角),用于高效求解方程組 。
數值穩定性
在Cholesky分解(( A = LL^T ))中,下三角矩陣 ( L ) 可處理對稱正定矩陣,提升數值計算穩定性 。
工程與科學計算
電路分析(節點電壓法)、結構力學(剛度矩陣)等領域依賴三角矩陣簡化複雜計算 。
漢英對照
三角矩陣 → Triangular Matrix
上三角矩陣 → Upper Triangular Matrix
下三角矩陣 → Lower Triangular Matrix
嚴格三角矩陣(對角線含零) → Strictly Triangular Matrix
特殊類型
對角矩陣是上、下三角矩陣的交集,非零元素僅存于主對角線 。
三角矩陣是線性代數中的一類特殊矩陣,主要分為上三角矩陣和下三角矩陣兩種類型,其核心特征在于非零元素的分布位置。
上三角矩陣:所有主對角線(從左上到右下)以下的元素均為零。數學上,矩陣元素滿足當行號 ( i > j ) 時,( a_{ij} = 0 )。例如一個3階上三角矩陣為: $$ begin{pmatrix} a & b & c 0 & d & e 0 & 0 & f end{pmatrix} $$
下三角矩陣:所有主對角線以上的元素均為零,即當行號 ( i < j ) 時,( a_{ij} = 0 )。例如: $$ begin{pmatrix} a & 0 & 0 b & c & 0 d & e & f end{pmatrix} $$
三角矩陣在解線性方程組時具有高效性。例如:
這類矩陣還廣泛用于矩陣分解(如LU分解、Cholesky分解)和數值分析中,能顯著降低計算複雜度。
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