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北理版矩阵分析课件4
于是有 如果令 从而有 其中 是半正定的H-矩阵, 是 酉矩阵。 由上面的结论可以给出正规矩阵的另外一种刻划。 定理:设 ,则 是正规矩阵的充分必要条件是 其中 是半正定的H-矩阵, 是酉矩阵,且 矩阵的谱分解 我们主要讨论两种矩阵的普分解:正规矩阵与可对角化矩阵。 设 为正规矩阵,那么存在 使得 其中 是矩阵 的特征值 所对应的单位特征向量。我们称上式为正规矩阵 的谱分解表达式。 设正规矩阵 有 个互异的特征值 ,特征值 的代数重数为 , 所对应的个两两正交的单位特征向量为 ,则 的谱分解表达式又可以写成 其中 ,并且显然有 有上面的谱分解表达式又可以给出正规矩阵的一种刻划。 定理: 设 为一个 阶矩阵,其有 个互异的特征值 , 的代数重数为 , 那么 为正规矩阵的充分必要条件是存在 个 阶矩阵 且满足 将上面的式子矩阵化,即为 (2)首先判断出 ,由定理可知必存在 ,以及三阶正线上三角矩阵 使得 推论:设 ,则 可分解为 其中 , 是 阶正线上三角矩阵, 是 阶正线下三角矩阵。 矩阵的奇异值分解 引理 1 :对于任何一个矩阵 都有 引理 2 :对于任何一个矩阵 都有 与 都是半正定的Hermite-矩阵。 设 , 是 的特征值, 是 的特征值,它们都是实数。如果记 特征值 与 之间有如下关系。 定理:设 ,那么 。同时,我们称 为矩阵 的正奇异值,简称奇异值。 例 :求下列矩阵的奇异值 解: (1)由于 显然 的特征值为5,0,0,所以 的奇异值为 (2)由于 显然 的特征值为 2,4,所以 的奇异值为 。 例 2 证明:正规矩阵的奇异值为其非零特征值的模长。 定理:设 , 是 的 个奇异值,那么存在 阶酉矩阵 和 阶酉矩阵 使得 其中, 且满足 。 证明: 由于 ,所以 的特征值为 因为 是一个H-阵,所以存在 阶酉矩阵 且满足 将酉矩阵 按列进行分块,记 ,其中 于是有 从而有 记 ,这里 令 ,那么容易验证 选取 使得 是酉矩阵,则 由上述式子可得 这里,要注意 。 我们称此定理为奇异值分解定理。称表达式 为矩阵 的奇异值分解式。 如何求此分解表达式?特别要注意下面的关系式 即 由此可知 的列向量就是 的标准正交特征向量;而 的列向量就是
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