幂矩阵和初等矩阵函数

1. 幂等矩阵

1.1 定义

若矩阵 \boldsymbol{A}_{n \times n} 满足：

则称矩阵 \boldsymbol{A} 为幂等矩阵。

1.2 性质

• 函数 f(s\boldsymbol{I} + t\boldsymbol{A}) = (\boldsymbol{I} - \boldsymbol{A})f(s) + \boldsymbol{A}f(s + t)

猜想 此处以及后面的函数 f(\cdot) 应该是需要具备一定条件的，我猜可能是需要是要求 f(\cdot) 能够进行泰勒展开。但我没有找到相关参考文献，有知道的朋友希望能告知一下～

2. 对合矩阵（幂单矩阵）

2.1 定义

若矩阵 \boldsymbol{A}_{n \times n} 满足：

则称矩阵 \boldsymbol{A} 为对合矩阵或幂单矩阵。

2.2 性质

• 函数 f(s\boldsymbol{I} + t\boldsymbol{A}) = \frac{1}{2} [(\boldsymbol{I} + \boldsymbol{A}) f(s + t) + (\boldsymbol{I} - \boldsymbol{A})f(s - t)]

3. 幂零矩阵

3.1 定义

若矩阵 \boldsymbol{A}_{n \times n} 满足：

则称矩阵 \boldsymbol{A} 为幂零矩阵。

3.2 性质

• 函数 f(s\boldsymbol{I} + t\boldsymbol{A}) = \boldsymbol{I} f(s) + t \boldsymbol{A} f^{'}(s)

4. 初等矩阵函数

4.1 三角函数

4.2 指数函数和对数函数

• e^\boldsymbol{A} = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{1}{n!} \boldsymbol{A}^n = \boldsymbol{I} + \boldsymbol{A} + \frac{1}{2!} \boldsymbol{A}^2 + \frac{1}{3!}\boldsymbol{A}^3 + \cdots