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高等代数基本技巧之打洞(续)

2009-10-16 20:01阅读:
前面已经写到,正定矩阵的问题几乎必然要靠打洞来解决(这句话有些绝对,但绝非夸张)。我们知道正定矩阵的打洞就是靠对角元来消去非对角元。在半正定矩阵中,对角线上可能会出现零元。实际上这个时候仍然可以打洞,因为有下面这个引理:
如果半正定矩阵 A 的某个对角元是零,那么该对角元所在的行和列的所有元素都是零。
高等代数基本技巧之打洞(续)
把这个引理加强一下,就变成

高等代数基本技巧之打洞(续)

是一个半正定矩阵,则可以用 A 打洞合同掉 B 和 C,把 M 化成
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注意不再需要 A 可逆的前提!
证明的道理已经讲过了,再写一遍:

高等代数基本技巧之打洞(续)
高等代数基本技巧之打洞(续)
有了这些准备以后下面这个原本很难的问题也就变得不那么难了:
两个 n 阶半正定矩阵 A 和 B 可以同时合同于对角形,即存在可逆矩阵 T 使得 T'AT 和 T'BT 都是对角矩阵。
证明:首先作合同变换把 A 化成标准型
高等代数基本技巧之打洞(续)
这个时候 B 仍然是半正定的,所以不妨一开始就假设 A 是如上的标准型,我们的思路就是在保持 A 的形状不变的前提下不断地对 B 作合同变换把 B 化为想要的对角矩阵。设
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根据前面所述,可以用 B_{22} 打洞干掉 B_{12} 和 B_{21},把 B 化成
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由于每一步都是把 B_{22} 所占的行或者列加到前面的行或者列上去,所以都保持 A 的形状不变。现在只需要在保持 A 形状的前提下把
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对角化。找两个正交矩阵 T, S,
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就可以办到。

最后强调一点,由于正定半正定矩阵都有明确的几何意义(内积在一组向量下的度量矩阵),所以解决它们的问题经常要在几何和矩阵之间灵活选择。

怎么样?一个小小的打洞技巧用起来也是威力无穷的,是被我演绎的出神入化的,是不是令你浑身毛孔为之一畅,七窍开了六窍办呢? 高等代数基本技巧之打洞(续)

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