【矩阵直积】
定义
设 $A=[a_{ij}]\in C^{m\times n},B\in C^{p\times q}$,则对于矩阵 $A$ 与矩阵 $B$,称
为矩阵 $A$ 与矩阵 $B$ 的直积,或克罗内克(Kronecker)积
性质
矩阵的直积具有如下性质:
设 $A\in C^{m\times n},B\in C^{p\times q},C\in C^{r\times s}$,则:
1)$\lambda(A\otimes B)=(\lambda A)\otimes B=A\otimes (\lambda B)$
2)$A\otimes (B\otimes C)=(A\otimes B)\otimes C=A\otimes B\otimes C$
3)$(A\otimes B)^T=A^T\otimes B^T$,$(A\otimes B)^H=A^H\otimes B^H$
4)当 $D\in C^{k\times k}$ 且 $nq=rk$ 时,$(A\otimes B)(C\otimes D)$ 有意义,且当 $n=r,q=k$ 时,有
5)当 $p=m,q=n$ 时,有
6)当 $p=m,q=n,E\in C^{r\times s}$ 时,有
7)当 $m=n,p=q$ 且 $A^{-1},B^{-1}$ 存在时,有
8)当 $p=m,q=n$ 时,有
9)设 $A\in C^{m\times m},B\in C^{n\times n}$,$\lambda,\mu$ 分别是 $A,B$ 的特征值,相应的特征向量为 $\mathbf{u},\mathbf{v}$,则 $\lambda\mu$ 是 $A\otimes B$ 的特征值,相应的特征向量为 $\mathbf{u}\otimes\mathbf{v}$
10)设 $A\in C^{m\times m},B\in C^{n\times n}$,则
【拉直运算】
定义
设 $A=[a_{ij}]\in C^{m\times n}$,则向量
称为矩阵 $A$ 的拉直运算
可以发现,矩阵的拉直运算是一种线性运算,即对 $\forall A,B\in C^{m\times n}$,有
与直积关系
设 $A\in C^{m\times n},X\in C^{p \times q},B\in C^{q\times n}$,则有
该关系可用于求解矩阵方程问题,即将矩阵方程组
化为线性方程组
其中,$A_i\in C^{m\times p},B_i \in C^{q\times n},X\in C^{p\times q},F\in C^{m\times n}$
当 $p=m,q=n$ 时,上述线性方程组有唯一解的充要条件是
例如:求解矩阵方程 $AX+XB=F$,其中
利用拉直运算,将 $AX+XB=F$ 化为线性方程组
则有
而
故线性方程组有唯一解,解得
故原矩阵方程的解为