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正定矩阵、负定矩阵、半正定矩阵、半负定矩阵

(2014-04-22 21:13:23)
1.正定矩阵
   一个n×n的实对称矩阵M正定的,当且仅当对于所有的非零实系数向量z,都有zTMz > 0。其中zT表示z转置

2.负定矩阵

    与正定矩阵相对应的,一个n×n的埃尔米特矩阵http://upload.wikimedia.org/math/6/7/1/671430face023c8c070578ccbe63800d.png),都有:

     http://upload.wikimedia.org/math/a/a/b/aab852ead825df0db81431fc9af6806a.png


3.半正定矩阵

   http://upload.wikimedia.org/math/6/7/1/671430face023c8c070578ccbe63800d.png),都有:

       http://upload.wikimedia.org/math/b/f/2/bf2d1d7d3aae1e13f9382fc64d06214f.png


4.半负定矩阵

http://upload.wikimedia.org/math/6/7/1/671430face023c8c070578ccbe63800d.png),都有:

http://upload.wikimedia.org/math/3/8/a/38a277e07508576f42891264f58c3a48.png


正定阵的判别[编辑]

n×n埃尔米特矩阵M,下列性质与“M为正定矩阵”等价:

1. 矩阵http://upload.wikimedia.org/math/9/4/2/942548d11c267dcbf34cf1eef89041b9.png,其中P幺正矩阵,或者说M在某
正交基可以表示为一个实对角矩阵)。因此,M是正定阵当且仅当相应的D的对角线上元素都是正的。
2. 半双线性形式
http://upload.wikimedia.org/math/2/3/4/234a3552f3993d2f1526b0da2ff157f8.png

定义了一个Cn上的内积。实际上,所有Cn上的内积都可看做由某个正定阵通过此种方式得到。

3. Mn个线性无关的k维向量http://upload.wikimedia.org/math/1/3/1/131a46f6079d8faf390a4d3ae7c52288.pngGram矩阵,其中的k为某个正整数。更精确地说,M定义为:
http://upload.wikimedia.org/math/5/f/1/5f1651d8f5b8d29a914ebf86909d159f.png

换句话说,M具有http://upload.wikimedia.org/math/4/5/9/4591929429ff20ee500bf9ddb54ff449.png的形式,其中A不一定是方阵,但需要是单射的。

4. M的所有顺序主子式,也就是顺序主子阵行列式都是正的(西尔维斯特准则)。明确来说,就是考察下列矩阵的行列式:

对于半正定矩阵来说,相应的条件应改为所有的主子式非负。顺序主子式非负并不能推出矩阵是半正定的。比如以下例子:

http://upload.wikimedia.org/math/d/1/e/d1e3e7c958b59279ad5b0a880903c927.png
5. 存在唯一的下三角矩阵http://upload.wikimedia.org/math/d/2/0/d20caec3b48a1eef164cb4ca81ba2587.png,其主对角线上的元素全是正的,使得:
http://upload.wikimedia.org/math/8/7/6/876577eaa87f6ce006bc1c127121deb7.png.

其中http://upload.wikimedia.org/math/d/2/0/d20caec3b48a1eef164cb4ca81ba2587.png共轭转置。 T这一分解被称为Cholesky分解

对于实对称矩阵,只需将上述性质中的http://upload.wikimedia.org/math/3/0/c/30c28f76ef7517dbd19df4d4c683dbe6.png,将“共轭转置”改为“转置”就可以了。


相关性质[编辑]

http://upload.wikimedia.org/math/e/b/1/eb124f0aa79b80ec79e5a87233e7ac37.png。这个记法来自泛函分析,其中的正定阵定义了正算子

对于一般的埃尔米特矩阵,http://upload.wikimedia.org/math/0/e/7/0e76479669516f5bd9ec76380e0d0570.png

1. 每个正定阵都是可逆的,它的逆也是正定阵。如果http://upload.wikimedia.org/math/f/5/0/f505ef5d34ffae6bd1fa2a975c35b2ac.png
2. 如果http://upload.wikimedia.org/math/6/9/6/69691c7bdcc3ce6d5d8a1361f22d04ac.png是正定阵,r > 0为正实数,那么r M也是正定阵。

如果http://upload.wikimedia.org/math/9/4/3/943afaf25ac17fe7bc39fdaae916e3a4.png仍是正定阵。

3. 如果http://upload.wikimedia.org/math/7/0/1/701342be19e01ed3a21f83eaec41f0af.png。此外还有
http://upload.wikimedia.org/math/b/3/d/b3d7e325173ed092e129d971f35fe06c.png
4. 矩阵http://upload.wikimedia.org/math/b/e/a/beaddf2457dfe45f325bde296243f9e6.png.
5. 如果http://upload.wikimedia.org/math/e/9/d/e9dd9013ec300ceba41484dfc2c9a876.png表示克罗内克乘积
6. 对矩阵http://upload.wikimedia.org/math/c/3/0/c307df251313e30dbffc899da627b0d6.png实系数矩阵,则有如下不等式成立:

http://upload.wikimedia.org/math/7/9/9/7998e83492c2024eb619c67d64b9b6e1.png

7. http://upload.wikimedia.org/math/e/4/0/e40b53e14e3d3c13fa7bdea5a55d75e1.png)。
8. 如果http://upload.wikimedia.org/math/c/4/b/c4b603bf0ac147348775e1b681c340af.png
9. 如果http://upload.wikimedia.org/math/d/d/7/dd7536794b63bf90eccfd37f9b147d7f.png单位矩阵


from:

http://zh.wikipedia.org/wiki/正定矩阵



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