A,B为正定阵,证:AB是正定阵的充要条件是A,B可交换.

jiemeijiemei2022-10-04 11:39:541条回答

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川井康裕 共回答了19个问题 | 采纳率84.2%
充分性:由于A,B正定所以有可逆矩阵P、Q使A=PtP,B=QtQ,xtAx=xtPtPx=(Px)tPx=(Px)^2>0,xtBx=(Qx)tQx=(Qx)^2>0,xtABx=xtPtPQtQx,AB=BA时,(PtPQtQ)t=QtQPtP=BA=AB说明AB是对称矩阵,Q(AB)Q^-1=QPtPQtQQ^-1=QPtPQt=(PQt)tPQt,由于PQt为可逆矩阵因而(PQt)tPQt是正定矩阵.令其为矩阵C,Q^-1CQ=AB,即AB相似于一正定矩阵,由这一点可以得出AB的所有特征值全部大于0,AB又是对称矩阵,根据正定矩阵的相关定理,说明AB是一正定矩阵.
必要性:由AB是正定矩阵推出AB为对称矩阵,又有充分性证明中,A=PtP,B=QtQ两个条件,因此就有AB=PtPQtQ=(AB)t=(PtPQtQ)t=QtQPtP=BA,即AB=BA说明A,B可换
注:Pt指P的转置,Q^-1指Q的逆矩阵
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正定的一个充分必要条件是:所有特征值均为正数,必要条件是:|A|>0
设有Aα=λα
变换有A^(-1)·α=1/λ ·α (1)
继续变换有 A*α=|A|/λ·α (2)
又上面可知:A^(-1)的特征值为:1/λ>0
A*的特征值为:|A|/λ>0
利用第一条充要性证明
补充
(1)若A逆正定,λ>0,则A正定,则|A|>0,|A|/λ>0,得出A伴随正定.
(2)若A伴随正定,则|A*|>0,|A|^(n-1)>0,则|A|>0,反带回去,得到λ只能大于0,
λ>0,则A逆正定.
结合的上面的看
设B是n×n矩阵,A是n阶正定阵,证明:
设B是n×n矩阵,A是n阶正定阵,证明:
(1)r(BTAB)=r(B);
(2)BTAB正定的充要条件是B可逆.
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解题思路:(1)A为正定阵知,存在可逆阵D,满足A=DTD,然后代入r(BTAB)=r(B),从而得证.
(2)注意是充要条件,所以既要从左证到右边,也要从右边证到左边,证法一问相同.

(1)由A为正定阵知,
存在可逆阵D,使得A=DTD.
故R(BTAB)=R(BTDTDB)
=R[(DB)T(DB)]
=R(DB)
=R(B).
(2)由A正定知,
存在可逆阵D,使A=DTD,
由BTAB正定⇒BTAB=(DB)T(DB)正定⇒DB可逆
⇒B可逆.
由A正定,
B可逆⇒BTAB=(DB)T(DB),
再由DB可逆⇒BTAB正定.
故本题得证.

点评:
本题考点: 判断正定的充要条件;矩阵可逆的充分必要条件.

考点点评: 本题主要考查判定矩阵正定的充要条件,存在可逆阵是解答此题需要发现的关键,本题属于基础题.

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1 不对 取 A=(1,0,0,2) B=(0.7,0.6,0.6,0.7) (这里A,B是2阶矩阵 这里不好写 反正元素是从上到下 从左到右写的) 为反例.
2 设 S=P'P P可逆 则 SA=P'PA 相似于 P'^(-1)P'PAP'=PAP'对称
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题目有问题:
对于mxn矩阵,当m>n时,R(A+B) = n,不能保证mxm矩阵满秩,楼下给出了反例.
所证明结论应为:A'A+B'B正定,以下按此证明
证明:
  由于R(A+B) = n,可知m≥n.因此对于非零n维向量X,有:
   (A+B)X≠0 ==> AX+BX ≠ 0(向量)
==> AX,BX 不同时为0向量 (充分非必要条件)
   因此向量的数量积 (AX)'AX, (BX)'BX不同时为零
  显然(AX)'AX为向量AX的模,(AX)'AX ≥0,同样(BX)'BX≥0
  由以上两点可得:
   (AX)'AX + (BX)'BX >0
   ==> X'A'AX + X'B'BX >0
==> X'(A'A + B'B)X >0
   即:对于任意n维非零向量X,有X'(A'A + B'B)X >0, (A'A + B'B) 正定
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这主要是为了实际应用的需要.
引进对称矩阵和Hermite矩阵主要是为了研究自共轭算子,而实际当中大量的算子恰恰就是自共轭的,不论是经典力学还是量子力学都如此.其中有很大一批自共轭算子确实是有正定性的,主要也是描述一些必然是正的物理量(比如距离、质量等等).
数学上的很多概念,尤其是比较古老的概念一般都来源于实际问题,因为一些比较特殊的性质的发现使得这些概念得以保留下来,并用于单独研究.
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设A是mxn矩阵,E是n阶单位阵,矩阵B=-aE+ATA是正定阵,则a取值范围?
设A是mxn矩阵,E是n阶单位阵,矩阵B=-aE+ATA是正定阵,则a取值范围?
BT=(-aE+ATA)T=-aE+ATA=B.B是对称阵.
B正定 推出 对任意给的x不等于0,有
xTBx=xT(-aE+ATA)x=-axTx+xTATAx=-axTx+(Ax)TAx大于0
其中(Ax)T(Ax)大于等于0,xTx大于0,
所以-a大于0,a小于0
请问,(Ax)T(Ax)大于等于0,xTx大于0 这个怎么来的?
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吴佩芝 共回答了15个问题 | 采纳率86.7%
这是向量内积的非负性.
即对任意n维列向量a,总是有 (a,a) >= 0.
等号成立的充分必要条件是 a=0.
x^Tx = (x,x) 是x的对应分量乘积之和
即若 x = (a1,...,an)^T,则 x^Tx = a1^2+...+an^2 >=0
Ax 也是一个列向量,也满足 (Ax)'(Ax) >=0
线性代数正定阵的问题设A=2 t -1 为正定阵 则t满足什么条件 t 2 -1 -1 -1 1谢谢了 没分了…………
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由已知,A^T = A
1.(A^2+E)^T = A^2+E
2.对任一n维向量 x ≠ 0,x^Tx > 0,(Ax)T(Ax)>=0
所以 x^T(A^2+E)x = (x^TA)(Ax) + x^Tx = (Ax)^T(Ax) + x^Tx >0
所以 A^2+E 正定.
设A为m阶正定阵,B为m*n阶矩阵,证明:B^tAB为正定阵的充要条件为R(B)=n
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B^t为矩阵B的转置,是转置乘以A在乘以B.如果能解答,请尽量详细点(步骤),小弟的线性代数不太好.
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1.A'记作A的转置
A'=(P'BP)'=P'B'P
B为m阶对称正定阵,即B'=B
所以 A'=P'BP=A ,即A是对称的.
2.r维非零向量 x,x'Ax=x'(P'BP)x=(Px)'B(Px)
因为R(P)=r,所以P的列向量线性无关,x是非零向量,
即有Px也是非零向量,
又B为正定阵,所以(Px)'B(Px)>0
即 x'Ax>0
A为正定矩阵.
综上所述,A是对称正定阵.
证明A既是正定阵又是正交阵,则A是单位阵.
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同学,这里的A对称吗?要不好像有一点问题吧?
比如说取A为二阶阵
a11=2/根号5,a12=-1/根号5,a21=1/根号5,a22=2/根号5
这时A正定且正交,但不是单位阵
求证:对称正定阵A是正交阵 则A是单位阵
求证:对称正定阵A是正交阵 则A是单位阵
如题
To 1楼,ai=1之后,为什么A=I呢?ai=1只能说明a的相似标准型是单位阵,毕竟你的A并不是由a1...an组成的啊?
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A = P diag(a1,...,an) P'
I = AA'= P diag(...) P' P diag(...) P'
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diag( a1^2,...,an^2 ) = P'IP = I
又 ai > 0
所以 ai = 1
A = I
=======补充
ai = 1之后,A = P I P' = PP' = I
矩阵A可逆,为什么A的转置矩阵乘以A为正定阵.给即A^TA为正定
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首先(A^TA)^T=A^TA,即A^TA是对称矩阵(这是前提)
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从而A^TA为正定矩阵
线性代数对角化问题:A为正定阵,B为实对称阵,证明:一定存在可逆矩阵T使得A和B都可以通过T做合同变换成为对角阵.
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(A'表示A的转置矩阵)
由于A是正定矩阵,A与E合同,故一定存在可逆矩阵C,使C'AC = E.因为C'BC是实对称矩阵,经正交变换可化为对角形,故一定存在正交矩阵D,使D'(C'BC)D为对角阵.
所以,设T = CD,则T可逆,T'AT = D'(C'AC)D = D'D = E,T'BT = D'(C'BC)D为对角阵.
得证.
注:(1)C'BC是实对称矩阵,因为(C'BC)' = C'B'C'' = C'BC.
(2)T可逆,因为|T| = |CD| = |C||D|不等于0.

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