直交行列
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#
つまり回転と鏡映しかしない。形を変えない変換。 で、 が回転、 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 。 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#
- Lloyd N. Trefethen, David Bau III. Numerical Linear Algebra. SIAM, 1997. https://doi.org/10.1137/1.9780898719574
- Gilbert Strang. Introduction to Linear Algebra. Wellesley-Cambridge Press. 講義は MIT OCW 18.06 https://ocw.mit.edu/courses/18-06-linear-algebra-spring-2010/