矩陣相關的小證明

2022-07-17 14:12:20 字數 1268 閱讀 8348

如何用高斯消元法求矩陣的逆?

如何判斷乙個矩陣是否有非零特徵值?

設 $a$ 是 $n$ 階方陣,則有 $a$ 有非零特徵值 $\iff$ $a \ne 0$ 。

證明:

$a$ 沒有非零特徵值 $\iff$ $|\lambda i - a| = \lambda^n \iff (\lambda i - a) \sim \lambda i \iff a = 0$

($\color}$:上述證明中,第二個 $\iff$ 不成立,兩個方陣特徵多項式相同並不能推出二者相似,第三個 $\iff$ 存疑)

$\forall a\in\mathbb r^$,$a^\mathrma$ 與 $aa^\mathrm$ 有相同的非零特徵值。

證明:設 $x$ 是 $a^\mathrma$ 的關於特徵值 $\lambda$ 的特徵向量,即

\[a^\mathrma x = \lambda x

\]兩邊同時左乘 $a$ 得

\[aa^\mathrm(ax) = \lambda (ax)

\]所以 $\lambda$ 也是 $aa^\mathrm$ 的特徵值。證畢。

$\forall a\in \mathbb^$,$a^}a$ 為半正定陣。\(\newcommand[1]}}\) \(\newcommand[2]\)

證明:首先,不難證明,$\forall a\in \mathbb^, b\in\mathbb^, (ab)^\mathrm = b^\mathrma^\mathrm$ 。

從而易見 $\zza$ 是對稱陣。

$\forall x\in\mathbb^$ 有 $\inprodax} = \zz x\zz aax = \zzax = \inprod \ge 0$ 。

所以 $\zz aa$ 是半正定陣。證畢。

設 $y_1, y_2, \dots, y_k \in\mathbb^$($k\le n$)線性無關。設 $x\in\mathbb^$,則有

$x, y_1, y_2, \dots, y_k$ 線性相關 $\iff$ $x = \sum_ a_i y_i$,$a_i\in\mathbb$ 。

證明:對任意不全為 $0$ 的 $a_0, a_1, a_2, \dots, a_k\in\mathbb$ 使得

\[a_0 x + \sum_ a_i y_i = 0

\]有 $a_0\ne 0$,若不然則有 $\sum_ a_i y_i = 0$,且 $a_1, \dots, a_k$ 不全為 $0$;這與 $y_1, \dots, y_k$ 線性無關相矛盾。

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