厄米矩阵(Hermitian matrix)是2019年公布的物理学名词。与数学中的
埃尔米特矩阵都是相同的含义,均翻译自同一个词Hermitian Matrix。埃尔米特矩阵是数学领域的规范译名,而厄米矩阵是物理学领域的规范译名,出自《物理学名词》第三版。
将一矩阵A的行与列互换,并取各矩阵元素的
共轭复数,得一新矩阵,称为厄米共轭,以A+表之。此厄米共轭有(AB)+=B+A+的性质。若一矩阵H,其厄米共轭矩阵H+等于本身H,即H+=H,则矩阵H称为厄米矩阵。
n阶复方阵A的对称单元互为共轭,即A的
共轭转置矩阵等于它本身,则A是厄米矩阵(Hermitian Matrix)。
由定义得知,厄米矩阵的
对角线上各元素必为实数。通常厄米矩阵并不对称,除非所有元素均为实数。厄米矩阵的特殊性质是其
本征值一定是实数。
在
物理系统中,其可观察的
物理量(例如坐标、动量、能量等等),在
量子力学中可视为一
算符,此算符有对应的本征向量和本征值,算符所对应的本征向量代表物理系统的状态,物理量发的结果就是本征值。因此,如用
矩阵表示算符,则一定是厄米矩阵,因为厄米矩阵的本征值为实数,所以也是可观察的量。
显然,
埃尔米特矩阵主对角线上的元素都是实数的,其
特征值也是实数。对于只包含实数元素的矩阵(
实矩阵),如果它是对称阵,即所有元素关于主对角线对称,那么它也是埃尔米特矩阵。也就是说,
实对称矩阵是埃尔米特矩阵的特例。
埃尔米特矩阵是
正规矩阵,因此埃尔米特矩阵可被酉对角化,而且得到的
对角阵的元素都是实数。这意味着埃尔米特矩阵的特征值都是实的,而且不同的特征值所对应的
特征向量相互正交,因此可以在这些特征向量中找出一组C的
正交基。
n阶埃尔米特矩阵的元素构成
维数为 的
实向量空间,因为主对角线上的元素有一个自由度,而主对角线之外的元素有两个自由度。
(2)若A是n阶厄米矩阵,其特征值对角阵为V,则存在一个
酉矩阵U,使AU=UV。
对称矩阵与厄米矩阵是实践中遇到比较多的矩阵。例如:电路中的许多矩阵,象电阻性网络中回路方程的阻抗矩阵图论中无向图的
邻接矩阵等。这两种矩阵的性质与有关定理有许多共同之处。
实数域上的一个n阶矩阵A,如果A=A',则称A为对称矩阵。例如: