一、特征值的界估计
定义1:若n阶复数矩阵A=(aij)m*n的特征值的集合(A的谱)为{λ1,λ2,.....,λn},则有不等式
当且仅当A为正规矩阵时等号成立;
二、圆盘定理
圆盘定理用于对矩阵的特征值在复数平面上的位置做出准确的估计;
定理2:设A=(aij)为任一n阶复数矩阵,则A的特征值都在复数平面的n个圆盘
|z-aii|<=Ri (i为自然数集合,aii是矩阵对角线元素)的并集内部,这里的Ri为
Ri=|ai1|+|ai2|+.....+|ain|;(第i行所有元素的之和),上述的圆盘|z-aii|<=Ri称为盖儿圆,此定理表明对于矩阵A的任一特征值λ,
总存在盖儿圆Si,使得λ属于Si.。
注:此定理仅仅是说明了矩阵A的特征值落在A的n个盖儿圆的并集内部,并未指出是在那个圆盘中有多少个特征值;
定理2:矩阵A的任一由k个盖儿圆组成的连通部分里面,有且只有A的k个特征值(当A的主对角线上有相同元素时,按照
重复次数计算,有相同特征值时亦需要按照重复次数计算)
三、谱半径的估计
定义:谱半径就是矩阵A所有特征值中模的最大值;
定理1:复数域上的任一n阶方阵A的谱半径都不超过A的范数||A||;此处的||A||为任一方阵范数
定理2:如果A是正规矩阵,则谱半径等于A的第二范数||A||2;
第一个推论:通过列元素求和,取列值和的最大值;
第二个推论:通过行元素求和,取行值和的最大值;
对于第三个推论中:
四、广义逆矩阵与线性方程组的解
定义1:设A是一个n*m的矩阵,一个n*m的矩阵G称为A的一个{1}-广义逆,如果对任意给出的m*1矩阵B,只要方程组AX=B
有解,则X=GB也一定是解;
定理1:n*m矩阵G是m*n矩阵A的一个1{}-广义逆,当且仅当AGA=A;
A的{1}-广义逆为n*m阶,X为r*(m-r)矩阵,Y为(n-r)*r矩阵,Z为(n-r)*(m-r)矩阵;//可进行简单推导
注:由上述定义可知对于任意m*n矩阵A,其{1}-广义逆总是存在,即A{1}总是非空,又由XYZ的任意性可知广义逆并不唯一;
定理:若G是m*n矩阵A的一个{1}-广义逆,AX=B有解时,其通解可以表示为X=GB+(E-GA)Z,Z为任意n维列向量。
定理:设G为m*n矩阵A的一个{1}-广义逆,并且(GA)^H=(GA)(即GA为正规阵)那么对任给的m维列向量B,只要
AX=B有解,则X=GB就是其最小范数解;
定理:若G是m*n矩阵A的一个{1}-广义逆,并且(AG)^H=(AG)(即GA为正规阵)那么对任给的m维列向量B,只要
AX=B有解,则X=GB就是其最小二乘解;
定义:设A为任一m*n矩阵,如果n*m矩阵G满足Moore-Penrose方程
1)AGA=A 2)GAG=G 3)(GA)^H=(GA) 4)(AG)^H=(AG)的一部分或者全部,则称G为A的广义逆矩阵。
满足条件1的广义逆矩阵就是{1}-广义逆,记做A{1};
满足全部四个条件的广义逆矩阵记为A{1,2,3,4},这一类广义逆对于给定的A来说,有且只有唯一的一个广义逆与之对应,
记为A+,并称之为M-P广义逆;
五、广义逆矩阵A+
定理:设A是m*n矩阵,则M-P广义逆矩阵A+存在且唯一,即同时满足以下条件
1)AGA=A 2)GAG=G 3)(GA)^H=(GA) 4)(AG)^H=(AG)的n*m矩阵G存在且唯一,记做A+;
常用的广义逆矩阵求解公式:
对于行列满秩的情况下:
对于一般情况下(极限求解):
A^H为其共轭转置矩阵,如果A矩阵为实数阵就是A的转置矩阵(对于共轭复数即实部相等,虚部互为相反数);
M-P广义逆矩阵A+的性质:
(A+)+=A (AA+)^2=AA+ (A^H)+=(A+)^H