[ < ] [ globale Übersicht ] [ Kapitelübersicht ] [ Stichwortsuche ] [ > ]


Inhaltsverzeichnis Kapitel 8.6: Speziell besetzte Matrizen


8.6 Speziell besetzte Matrizen

8.6.1 Diagonalmatrizen

Eine n x n Matrix

mit dij = 0 für i <> j wird Diagonalmatrix genannt, mit der Notation

D = diag(d11,...,dnn) oder D = diag(d),

wobei d einen Vektor darstellt, der die Diagonalelemente enthält.

Haben alle Diagonalelemente reelle positive Werte, spricht man von einer positiven Diagonalmatrix. Ein Beispiel dafür ist die Einheitsmatrix:

Eine Diagonalmatrix wird Skalarmatrix genannt, falls alle Diagonalelemente den gleichen Wert haben.


8.6.2 Dreiecksmatrizen

Eine n x n Matrix T = (tij) wird obere Dreiecksmatrix genannt, falls tij = 0 für alle j < i gilt:

Gilt tij = 0 für j <= i , dann nennt man T eine strikte obere Dreiecksmatrix. Analog werden untere und strikte untere Dreiecksmatrizen definiert.


8.6.3 Blockmatrizen

Die Blockung einer Matrix ist eine Zerlegung in disjunkte Untermatrizen. Jedes Element der ursprünglichen Matrix fällt in genau einen Block (eine Untermatrix).

8.6.3.1 Untermatrizen

Sei A eine n x n Matrix, ist eine Untermatrix von A, wobei die Menge alpha die Zeilen und die Menge beta die Spalten der ursprünglichen Matrix A angibt, aus denen sich die Untermatrix zusammensetzt.

Im Spezialfall wird die Untermatrix als Hauptuntermatrix bezeichnet. Oft wird eine Untermatrix auch so angegeben, daß man jene Zeilen und Spalten, die von der ursprünglichen Matrix weggelassen werden, anführt.

Die Determinante einer quadratischen Untermatrix von A wird als Minor von A bezeichnet.

8.6.3.2 Blockdiagonalmatrizen

Blockdiagonalmatrizen haben die Form

Die Untermatrizen A11,...,Akk sind alle quadratisch, besitzen aber nicht unbedingt alle dieselbe Größe. Viele Eigenschaften von Blockdiagonalmatrizen verallgemeinern die Eigenschaften der Diagonalmatrizen, wie zum Beispiel:

Dementsprechend ist A genau dann regulär, falls alle Aii regulär sind.

8.6.3.3 Block-Dreiecksmatrizen

Matrizen der Form

sind obere bzw. untere Block-Dreiecksmatrizen. Die Determinante einer solchen Matrix ist durch das Produkt

det(a) = det(A11) det(A22) ... det(Akk)

gegeben. Der Rang von A ist mindestens so groß wie die Summe der Ränge der Diagonalblöcke Aii.


8.6.4 Hessenberg-Matrizen

Eine Matrix A heißt obere Hessenberg-Matrix, falls aij = 0 für j+1 < i gilt:

A heißt untere Hessenberg-Matrix, falls AT eine obere Hessenberg-Matrix ist.


8.6.5 Tridiagonale Matrizen

Eine Matrix A , die zugleich eine obere und untere Hessenberg-Matrix ist, wird tridiagonale Matrix oder Tridiagonalmatrix genannt. A ist genau dann tridiagonal, falls aij = 0 für |i-j| > 1 gilt:

Symmetrische Hessenberg-Matrizen sind stets symmetrische Tridiagonalmatrizen.


8.6.6 Bandmatrizen

Bei einer Bandmatrix A sind die von Null verschiedenen Elemente nur in der Hauptdiagonale a11,...,ann und einigen dazu parallelen Nebendiagonalen zu finden.

Tridiagonalmatrizen sind spezielle Bandmatrizen mit je einer oberen und unteren nicht verschwindenden Nebendiagonale.


8.6.7 Permutationsmatrizen

Man bezeichnet P als eine Permutationsmatrix, wenn genau ein Element in jeder Zeile und Spalte den Wert 1 hat und alle anderen 0 sind. Die Multiplikation PA führt zu einer Permutation der Zeilen, AP zu einer Permutation der Spalten von A. Die Determinante det(P) von Permutationsmatrizen ist immer +/-1, daher sind diese stets regulär. Sie kommutieren nicht bezüglich der Multiplikation. Das Produkt zweier Permutationsmatrizen ergibt wieder eine Permutationsmatrix.

PT=P-1 permutiert die Spalten genauso wie P die Zeilen. Die Transformation A -> PAPT permutiert daher die Zeilen und Spalten von A in der selben Weise. Im Zusammenhang mit linearen Gleichungssystemen mit der Koeffizientenmatrix A bedeutet diese Transformation eine Umnumerierung der Variablen.


[ < ] [ globale Übersicht ] [ Kapitelübersicht ] [ Stichwortsuche ] [ > ]