20211201 (正定矩阵A+正定矩阵B)的最小特征值 ≥ 正定矩阵A的最小特征值+正定矩阵B的最小特征值
定理: A,BA, BA,B 均正定,C=A+BC=A+BC=A+B,因此也是正定 λmin?(C)?λmin?(A)+λmin?(B)\lambda_{\min}(C) \geqslant \lambda_{\min}(A)+\lambda_{\min}(B)λmin?(C)?λmin?(A)+λmin?(B) λmax?(C)?λmax?(A)+λmax?(B)\lambda_{\max}(C) \leqslant \lambda_{\max}(A)+\lambda_{\max}(B)λmax?(C)?λmax?(A)+λmax?(B)
證明:
xTAx?λmin?(A)xTxx^TAx \geqslant \lambda_{\min}(A)x^TxxTAx?λmin?(A)xTx. Thus, xT(A?λmin?(A)E)x?0x^T(A-\lambda_{\min}(A)E)x \geqslant 0xT(A?λmin?(A)E)x?0, that is, A?λmin?(A)EA-\lambda_{\min}(A)EA?λmin?(A)E is non-negative definite.
因此,有
A?λmin?(A)E?0A-\lambda_{\min}(A)E \geqslant 0A?λmin?(A)E?0
B?λmin?(B)E?0B-\lambda_{\min}(B)E \geqslant 0B?λmin?(B)E?0
A?λmin?(A)E+B?λmin?(B)E?0A-\lambda_{\min}(A)E+B-\lambda_{\min}(B)E \geqslant 0A?λmin?(A)E+B?λmin?(B)E?0
顯然, Cx=λ(C)xCx=\lambda(C)xCx=λ(C)x,所有
(A?λmin?(A)E+B?λmin?(B)E)x=(λ(C)?λmin?(A)?λmin?(B))x(A-\lambda_{\min}(A)E+B-\lambda_{\min}(B)E)x=\left(\lambda(C)-\lambda_{\min}(A)-\lambda_{\min}(B)\right)x(A?λmin?(A)E+B?λmin?(B)E)x=(λ(C)?λmin?(A)?λmin?(B))x
也就是說,λ(C)?λmin?(A)?λmin?(B)\lambda(C)-\lambda_{\min}(A)-\lambda_{\min}(B)λ(C)?λmin?(A)?λmin?(B)是A?λmin?(A)E+B?λmin?(B)EA-\lambda_{\min}(A)E+B-\lambda_{\min}(B)EA?λmin?(A)E+B?λmin?(B)E的特征值
因為A?λmin?(A)E+B?λmin?(B)E?0A-\lambda_{\min}(A)E+B-\lambda_{\min}(B)E \geqslant 0A?λmin?(A)E+B?λmin?(B)E?0,是非負定陣,因此λ(C)?λmin?(A)?λmin?(B)?0\lambda(C)-\lambda_{\min}(A)-\lambda_{\min}(B) \geqslant 0λ(C)?λmin?(A)?λmin?(B)?0
所以
λ(C)?λmin?(A)+λmin?(B)\lambda(C) \geqslant \lambda_{\min}(A)+\lambda_{\min}(B)λ(C)?λmin?(A)+λmin?(B)
λmin?(C)?λmin?(A)+λmin?(B)\lambda_{\min}(C) \geqslant \lambda_{\min}(A)+\lambda_{\min}(B)λmin?(C)?λmin?(A)+λmin?(B)
同理
λmax?(C)?λmax?(A)+λmax?(B)\lambda_{\max}(C) \leqslant \lambda_{\max}(A)+\lambda_{\max}(B)λmax?(C)?λmax?(A)+λmax?(B)
注意:這里必須 A,BA, BA,B 均正定,否則不成立;例如:
總結
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