Em matemática, uma matriz circulante é uma matriz quadrada em que cada linha i é formada por um deslocamento cíclico de i posições de uma mesma lista de elementos {a0,a1,a2 ... an-1}, ou seja

que é um caso especial de matriz de Toeplitz. Toda matriz circulante é um quadrado latino. Uma definição alternativa e equaivalente a (1a) é

onde mod é a função módulo e n é o número de linhas de A[1][2][3].

Autovalores e autovetores editar

Os autovalores λ e autovetores v de A são facilmente calculados:

 
 

A equação (2a) indica que os autovalores de uma matriz circulante qualquer são a transformada discreta de Fourier (DFT) do vetor a = [a0,a1,a2 ... an-1]. Por isso vale também a relação inversa

 

Em suma, a sequência dos autovalores de uma matriz circulante são iguais à DFT da primeira linha dessa matriz, e essa primeira linha da matriz é igual à DFT inversa da sequência dos autovalores.

A propriedade elementar dos autovalores λ e dos autovetores v de uma matriz qualquer B

 

pode ser escrita de forma alternativa e equivalente como

 

onde V é a matriz composta pelos autovetores dispostos verticalmente

 

e Λ é a matriz diagonal formada pelos autovalores

 

A equação (2b) garante que, para toda matriz circulante, V é uma matriz unitária e que

 

onde o asterisco (*) denota a matriz transposta conjugada e I é a matriz identidade de n linhas. Substituindo (2f) em (2c), temos que, para uma matriz circulante qualquer A

 
 

A equação (2g) indica que toda matriz circulante é uma matriz normal[4][nota 1].

Propriedades algébricas editar

Se A e C são matrizes circulantes, então valem as seguintes propriedades:

Produto editar

 

onde L é a matriz diagonal cujos elementos são o produto dos respectivos autovalores de A e de C. D é também uma matriz circulante.

Adição editar

 

onde L é a matriz diagonal cujos elementos são a soma dos respectivos autovalores de A e de C. D é também uma matriz circulante.

Inversa editar

Se nenhum autovalor for nulo, então A é inversível e

 

A-1 é também uma matriz circulante[5][3].

Linearidade editar

Se a e b são escalares, então D = aA + bC é também uma matriz circulante[3].

Notas editar

  1. Como V é unitária, V* = V-1, (2g) e (2h) podem ser escritas também assim:
     
     

Referências

  1. Gray, R. - Toeplitz and Circulant Matrices: A review, cap. 1, pág. 3, disponível em http://ee.stanford.edu/~gray/toeplitz.pdf, acessado em 06/05/2014
  2. MathWorld: Circulant Matrix, disponível em http://mathworld.wolfram.com/CirculantMatrix.html, acessado em 06/05/2014
  3. a b c Bronson, R. - Matrix Operations, cap. 18, pág. 160, 1989, McGraw-Hill, ISBN 0-07-007978-1
  4. Gray, R. - op. cit., cap. 3, pp. 32 a 34
  5. Gray, R. - op. cit., cap. 3, pp. 34 a 35