线性代数笔记25--复数矩阵、快速傅里叶变换

时间:2024-03-30 09:24:42

1. 复数矩阵

复向量

Z = [ z 1 z 2 z 3 z 4 ⋯ ] Z=\begin{bmatrix} z_1\\z_2\\z_3\\z_4\\ \cdots \end{bmatrix} Z= z1z2z3z4
复向量的模长
∣ z ∣ = z ‾ ⊤ z = [ z ‾ 1 z ‾ 2 z ‾ 3 ] [ z 1 z 2 z 3 ] \lvert z\rvert=\overline z^{\top}z= \begin{bmatrix} \overline z_1\overline z_2\overline z_3 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} z_1\\z_2\\z_3 \end{bmatrix} z=zz=[z1z2z3] z1z2z3

内积
y ⊤ x = [ y ‾ 1 y ‾ 2 y ‾ 3 ] [ x 1 x 2 x 3 ] y^{\top}x= \begin{bmatrix} \overline y_1\overline y_2\overline y_3 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x_1\\x_2\\x_3 \end{bmatrix} yx=[y1y2y3] x1x2x3
实对称矩阵
A = A ⊤ A=A^{\top} A=A
复对称矩阵
A = A ‾ ⊤ A=\overline A^{\top} A=A


[ 2 3 − i 3 + i 5 ] \begin{bmatrix} 2 & 3 - i \\3 + i & 5 \end{bmatrix} [23+i3i5]
垂直
q 1   q 2   q 3   ⋯ q n q ‾ i ⊤ q j = { 0 i ≠ j 1 i = j q_1\ q_2\ q_3\ \cdots q_n\\ \overline q_i^{\top}q_j= \begin{cases} 0 \quad i \ne j \\1\quad i = j \end{cases} q1 q2 q3 qnqiqj={0i=j1i=j

复正交矩阵
Q ‾ ⊤ Q = I \overline Q^{\top}Q=I QQ=I

2. 快速傅里叶变换

F n = [ 1 1 1 ⋯ 1 1 ω ω 2 ⋯ ω n − 1 ⋮ ⋯ 1 ω n − 1 ω 2 ( n − 1 ) ⋯ ω ( n − 1 ) ( n − 1 ) ] F_n= \begin{bmatrix} 1 &1 & 1 & \cdots &1\\ 1 & \omega & \omega^2 & \cdots &\omega^{n-1}\\ \vdots &\cdots\\ 1 & \omega^{n-1} & \omega^{2(n-1) } & \cdots & \omega^{(n-1)(n-1)} \end{bmatrix} Fn= 1111ωωn11ω2ω2(n1)1ωn1ω(n1)(n1)

F n ( i , j ) = w i j , ω n = 1 ω = e i 2 π n = cos ⁡ 2 π n + i sin ⁡ 2 π n F_n(i,j)=w^{ij},\omega^{n}=1\\ \omega=e^{i\frac{2 \pi}{n}}=\cos \frac{2\pi}{n}+i\sin \frac{2\pi}{n} Fn(i,j)=wij,ωn=1ω=