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![期末復(fù)習(xí)-矩陣分析課件_第4頁](http://file4.renrendoc.com/view/35c4b582e0a83a48a96a39fcb22b26a2/35c4b582e0a83a48a96a39fcb22b26a24.gif)
![期末復(fù)習(xí)-矩陣分析課件_第5頁](http://file4.renrendoc.com/view/35c4b582e0a83a48a96a39fcb22b26a2/35c4b582e0a83a48a96a39fcb22b26a25.gif)
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文檔簡介
簡單性質(zhì):k(AB)
(kA)B
A(kB);A(BC)
ABAC,
(BC)A
BACA;(AB)(CD)
AC
AD
BC
BD;A(BC)
(AB)C
ABC;EmEn
EnEm
Emn;若A,B均為上(下)三角陣,則AB也為上(下)三角陣;(AB)H
AHBH;若A,B均為Hermite矩陣,則AB也為Hermite矩陣;若A,B均為方陣,則trace(AB)
trace(A)trace(B)定理:設(shè)A
(aij)mn,B
(bij)pq,C
(aij)ns,D
(bij)qt,則:(AB)(CD)
(AC)(BD)c
D
a
B
c
D
ansmnn1m1a1n
B
c11Dc1s
D
M
M M
L
a11B證明:(AB)(CD)
L.M
M.B
Lnna1k
cks
BD
namk
cks
BD
k
1nk
1M
(
AC)
(BD)amk
ck1BD
k
1
k
1
a1k
ck1BDMLML定理:若A,B均為正規(guī)矩陣,則AB也為正規(guī)矩陣證明:設(shè)AAH
AHA,BBH
BHB,則:(AB)(AB)H
(AAH)(BBH)
(AHA)(BHB)
(AHBH)(AB)
(AB)H(AB)定理:若A為m階可逆方陣,B為n階可逆方陣,則AB也為可逆方陣,且(AB)1
A1B1證明:(AB)(A1B1)
(AA1)(BB1)
EmEn
Emn定理:rank(AB)
(rankA)(rankB)證明:設(shè)rankA
r,rankB
s,則存在非奇異矩陣M,N,P,Q,使得:
0
0
0
011PBQ
B
EsMAN
A
Er0,
0從而A
M1A1N1,
B
P1B1Q1,(AB)
(M1A1N1)(P1B1Q1)
(M1P1)(A1B1)(N1Q1)
(MP)1(A1B1)(N
Q)1
rank(AB)
rank(A1B1)
rs
(rankA)(rankB)定理:{x1,x2
,L,xn}及{y1,y
2
,L
,yq}均線性無關(guān)的充分必要條件是{xiyj,
i
1,
2,
L
,
n;
j
1,
2,
L
,
q}線性無關(guān).證明:令A(yù)
(x1,x
2
,L
,xn)Cmn,B
(y1,y
2
,L
,yq)Cpn,C
(x1y1,
L
,
x1yq,
x2y1,
L
,
x2yq,
L
,
xny1,
L
,
xnyq)Cmpnq,則AB
C.由于rank(C)
rank(AB)
rank(A)rank(B),結(jié)論顯然.定理:設(shè)A為m階方陣,B為p階方陣,則|AB|
|A|p|B|m.證明:
設(shè)A,
B的Jordan
為JA和JB,
則存在非奇異矩陣P和Q,
使得
A
PJAP1,
B
QJBQ1.
從而:AB
(PJAP1)(QJBQ1)
(PQ)(JAJB)(P1Q1)
(PQ)(JAJB)(P
Q)1
|AB|
|JAJB|
ppp
pp
A
p
B
mmj
11
2
m
j
j
1j
1
j
1p
p
1
j
2
j
L
L
m
j定理:設(shè)A為m階方陣,B為p階方陣,則存在一mp階置換矩陣P(每一行和每一列都恰好有一個1,其余元素為0,滿足
PTP
PPT
Emn),使得:PT(AB)P
BA證明:容易驗證,存在mp階置換矩陣,使PT(AEp)P
EpAPT(EmB)P
BEm從而:PT(AB)P
PT(AEp)(EmB)P
PT(AEp)PPT(EmB)P
(EpA)(BEm)
BA定理:設(shè)A為m階方陣,B為p階方陣,則:AB
~
BA定理:設(shè)A
(aij)mn,B
(bij)np,則:(AB)[k]
A[k]B[k]其中:A[k]
AAALAk個A為A的關(guān)于Kronecker積的冪.第二節(jié)
函數(shù)矩陣對矩陣的導(dǎo)數(shù)定義:設(shè)A(aij)mn,B(bkl)pq,若A是B的函數(shù),且aij對所有bkl可以求偏導(dǎo)數(shù),則稱函數(shù)矩陣A對矩陣B可求導(dǎo)數(shù),
A
AbA
b
b1q
11
12Lklkl
mnb
aij
bApq
mpnqA
b
b
bbA
A
A
b
b,其中DBDAp1
p
22q
2221M
MLM
A
A
ML稱DA
為函數(shù)矩陣A對矩陣B的導(dǎo)數(shù).DB性質(zhì)1:設(shè)A(aij)mn,B(bij)nr,C(cij)pq,則:qpD(
AB)
DA
(EDC
DC
A)
DBDC
B)
(E推論1:若A為常數(shù)矩陣,則:
A)DB
,DC
DCD(
AB)
(Ep若B為常數(shù)矩陣,則:qD(
AB)
DA
(EDC
DC
B)推論2:若A,B都是一階矩陣,則:pn
E
)
DB
k
DB
D(kB)
D((kE)B)
k(EDC
DCDC
DCD(AB)
DA
B
A
DBDC
DC
DC推論
3:若A(a1,
a2,
L
,
am)T,
B(b1,
b2,
L
,
bm)T,
C(c1,
c2,L
,
cp)T,則:DC
DC
DC
DCT
DCT
DCTD(
AT
B)
BT
DA
AT
DB D(
AT
B)
DAT
DBTB
A,性質(zhì)2:設(shè)A(aij)mn,B(bij)pq,C(cij)rs,則:DB
D(
A
B)
DA其中:
B
A
Dc
DC
DC
rsij
A
DcA
DB
DcA
DBDc
A
DBDcA
DB
DcA
DBDc
A
DBA
DB
A
DB
A
DBDcDB
r
2r12
s
2221Dc1sDc12Dc11MMMLMLij
L證明:D(
A
B)
D(
A
B)
D(
A
B)
D(
A
B)D(
A
B)rsDcDcr1Dc1sM
Dc11
MDCLMLD(a1n
B)
D(a11B)D(
A
B)DcijDcij其中:
ij
ijijijijijijijijij
B
aB
amnDcDB
DB
DBDc
DcDc
DcDcD(amn
B)
DcDcij
m1
Dc1nDc11
Dc
Dam1
BDa1n
Da11
B
D(am1
B)MML
aM
DBL
aM
DamnMLMLMLMLMB
D(
A
B)
D(
A
B)
D(
A
B)
D(
A
B)D(
A
B)DCDc1sDa1nB
Dc1s
Da11Da1nrsDc11
Dc11
Da11B
L
B
LM
M
M
L
M
M
MDcDcr1Dc1sM
Dc11
MLML
rsrs
A
B
B
DcijDB
Dc
DcDa
Dcrs
Da
Dc
DcDa
Da
DcDamn
DcDcDamn
B
Dc
Dam1
B11
Br1r1
Dam1
B11
B
Dcr11s1s
Dam1
B1111
Dam1
BB
1nDcrsMDamn
B
1nDcr1M
L
MDamn
B
MMLMLMMLMLLLij
DcDB
B
A
DCDA性質(zhì)3:設(shè)函數(shù)矩陣A對矩陣B可導(dǎo),則:,,
DAH
DA
H
DB
DBH
DAT
DAT
DB
DBT例
1:純量函數(shù)f(X)對向量變量X
(x1,
x2,
L
,
xn)T的導(dǎo)數(shù).
gradf
(x)DXDf
x1
x2
f
f1
xn
f
T
n
x
f
f
x
f
x
2
M
L例
2:f(x)
TX,
其中X
(x1,
x2,
L
,
xn)T為向量變量,
(a1,a2,L
,
an)T常數(shù)向量,則:
TT1
2
n
a
,
a
,
L
,
a
n
xx
x
DXDf
Df
TDf
f
f
f
T2
1LDX
T
DX
例
3:f(x)
XTAX,
其中X
(x1,
x2,
L
,
xn)T為向量變量,
A
(aij)為n階常數(shù)矩陣,則:f
T
xn
L
DX
x1
x2Df
f
fnjjjxa x
xkl
k l
aklx
xf
nk
,l
1k
,l
1(xk
xl
)其中:nx
akl
k
,l
1
xk
(xl
)nj
n
n
akj
xk
ajl
xlk
l
1n
kj
xlk
,l
1
akl
lj
xkx
(akj
a
jk
)xkk
1(xk
)xl
j
2
AX
(
AT
A)X
,xn
f
TDX
x1
x2Df
f
f
LA對稱時TTTTDXT
TD((A
Y
)
X
)DXDXT
TD((A
Y
)
X
)DXD(
X AY
)DXD(
X AX
)
(
AT
A)X
AY
A
Y
D((AY
)
X
)Y
XY
XY
X例
4:
X(t)
(x1(t),
x2(t),
L
,
xn(t))T,
f(t)
f(X(t)),
則:
Df
T
dX
Df
dX
n
xn
dtdt
x1
dt
x2
dt
f
f
f
dXdf(t)
f
dx1
f
dx2
dt
DX
dt
DX
dtdxn
L
f例5:f(X)
trace(XXT),其中X
(xij)mn,則:xijm
nkl
ki
ljm
nijklm
nijklm
nijm
ndxdxDXDDX
DXDf
D traceXXT
dx2x2
2x
2X
kl
dx
2
dx
dmnmn
k
1
l
1mn
k
1
l
1mn
k
1
l
1mnk
1
l
1
kl
2x
klk
1
l
1
2x
第三節(jié)
Kronecker積的特征值考慮如下復(fù)系數(shù)二元多項式:設(shè)A為m階矩陣,B為n階矩陣.定義:f
(x,
y)
li
j
ijc x
yi,
j
0ljic
A
Bf
(
A,
B)
iji,
j
0定理:設(shè)ACmm,B,x1,x2,L
,
xm是A的屬于特征值1,2,
L
,
m的特征向量;
y1,y2,
L
,
yn是B的屬于特征值1,
2,L
,
n的特征向量.
則:
f
(r
,
s
), (r
1,
2,
L
,
m;
s
1,
2,
L
,
n)是
f(A,B)的特征值,xr
ys
, (r
1,
2,
L
,
m;
s
1,
2,
L
,
n)
是相應(yīng)的特征向量。證明:Axr
rxr,
r
1,
2,L
,
m;Bys
sys,
s
1,
2,L
,
n.r
r
s
s
sAi
xr
i
x
;
Bi
y
i
y
.i
jij
r
s
r
ssjiijrc
A
x
B
y
jiijr
si
jijx
y
c
A
B
x
y
y
c
A
B
r
s
rf
(
A,
B)xc
s
rx
y f
(
,
s
)xr
y
li,
j
0s
li,
j
0li,
j
0li,
j
0推論1:rs
(r1,2,L,m;s1,2,L,n)為AB的特征值,xrys(r1,2,L,m;s1,2,L,n)為相應(yīng)的特征向量.推論2:rs
(r1,2,L,m;s1,2,
L
,n
)為AEnEmB的特征值,xrys
(r1,2,L,m;s1,2,L,n
)為相應(yīng)的特征向量.AEnEmB—A與B的Kronecker和第四節(jié)
矩陣的列展開與行展開定義:設(shè)A
(aij)mn,
則稱
rs(A)
(a11,
L
,
a1n,
a21,
L
,
a2n,L
,
am1,
L
,
amn)為A的行展開,
稱
cs(A)
(a11,
L
,
am1,
a12,
L
,am2,L
,
a1n,L
,
amn)T為A的列展開.定理:設(shè)A
(aij)mn,
B
(bij)np,
C
(
q,
則:rs(
ABC)
rs(B)(
AT
C);
cs(
ABC)
(CT
A)cs(B).推論1:設(shè)A
(aij)mn,B
(bij)np,則:rs(
AB)
rs(Em
AB)
rs(
A)(Em
B);T
rs(
ABEp
)
rs(B)(
A
Ep
).推論2:設(shè)A
(aij)mm,B
(bij)nn,X
(xij)mn,則:cs(
XB)
(BTcs(
AX
XB)n
(E
A
BT
E
)cs(
X
);mcs(
AX
)
(En
A)cs(
X
);證明:m
E
)cs(
X
).cs(
AX
)
cs(
AXE
)
(E
A)cs(
X
)Tncs(
AX
XB)
cs(
AX
)
cs(
XB)
(En
A
BT
Em
)cs(
X
)m
E
)cs(
X
)n
(
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