谱分解定理是正规矩阵的基本性质,这种方法需要优先掌握。
当然,不做对角化肯定也是可行的。
首先看到Ax=0A^*Ax=0x^*A^*Ax=0x^*AA^*x=0AA^*x=0A*x=0,这样就得到Ker(A)=Ker(A^*)=Ker(AA^*)=Ker(A^*A),再考察空间的维数可以知道Im(A)=Im(AA^*),Im(A^*)=Im(A^*A).
然后证明C^n=Ker(A)+Im(A):任取C^n中的向量x,A^*x∈Im(A^*)=Im(A^*A),所以存在y使得A^*x=A^*Ay,再令z=x-Ay,那么A^*z=0=>Az=0,这样就得到了拆分x=Ay+z,Ay∈Im(A),z∈Ker(A).
要进一步证明直和就容易了,比如说验证Ker(A)和Im(A)的交集是{0},或者用维数dimKer(A)+dimIm(A)=n。