考研如何证明正定矩阵

图灵教育 · 2025-01-04 19:14:31

考研中证明一个矩阵是正定的,可以采用以下几种方法:

正定矩阵的主成分表示法

将正定矩阵分解为 $UAUT$,其中 $U$ 是正交矩阵,$A$ 是对角矩阵,且 $U^TU = I$(单位矩阵)。

正定矩阵的共轨转置证明

证明 $A^TA > 0$,即 $A$ 的转置与 $A$ 的共轭转置相乘的结果必须大于0。

正定矩阵的主元分解证明

将 $A$ 分解为 $LU$ 形式,其中 $L$ 是下三角矩阵,$U$ 是上三角矩阵,利用唯一分解性来证明 $A$ 为正定矩阵。

正定矩阵的半正定性证明

证明 $A$ 的秩必须小于 $n$,并且 $A$ 的剩余半部分必须是正定的。

正定矩阵的特征值证明

如果正定矩阵 $A$ 的所有特征值均大于0,则矩阵 $A$ 必定是正定矩阵。可以使用形式化的证明说明特征值必须大于0,即 $det(A - lambda I) > 0$,其中 $lambda$ 为特征值,$I$ 为单位阵。

正定矩阵的行列式证明

首先将 $A$ 的行列式化,然后按公式 $det(A) = det(A_{11})det(A_{22}) - det(A_{12})det(A_{21})$ 求值,其中 $A_{11}$ 为 $A$ 的一个子矩阵,$A_{22}$ 为 $A$ 的差矩阵,$A_{12}$ 和 $A_{21}$ 为 $A$ 的列替换矩阵,必须满足 $det(A) > 0$,则 $A$ 就是正定矩阵。

利用特征值都大于零来证明

判断矩阵是否为正定矩阵的一种方法是找出 $A$ 的所有特征值,如果特征值为正,则矩阵为正;如果特征值为负,则矩阵为负。

利用矩阵不等式来证明

正定矩阵的定义是对于任意非零向量 $X$,都有 $X^TAX > 0$,其中 $A$ 是 $n times n$ 的实对称非奇异矩阵。

这些方法都可以用来证明一个矩阵是正定的,具体选择哪种方法可以根据问题的具体情况而定。在考研中,建议选择最直观且易于理解的方法来进行证明。

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