直交行列

直交行列

執筆済 数学線形代数
QQ=QQ=IQ1=Q

列(と行)が正規直交基底をなす正方行列。

長さと角度を保つ#

Qx=x,Qx,Qy=x,y

つまり回転と鏡映しかしない。形を変えない変換。 detQ=±1 で、+1 が回転、1 が鏡映を含む。

数値計算で重宝される理由#

直交変換は誤差を拡大しない条件数が 1 なので、 何回掛けても丸め誤差が増幅されない。

このため数値線形代数のアルゴリズムは、 可能な限り直交変換で組み立てられる。 QR 分解、SVD対称行列の固有値分解がその例。

量子計算との対応#

複素版がユニタリ行列 UU=I量子ゲートがユニタリでなければならないのは、 状態ベクトルの長さ(=確率の総和 1)を保つ必要があるから。 直交行列が長さを保つのと同じ理屈。

参考文献#

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