正定矩阵的意义

来源:互联网 发布:防噪音耳罩 知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/04/16 18:41

矩阵正定(百度百科)
设M是n阶实系数对称矩阵, 如果对任何一非零实向量X,都使二次型f(X)= X′MX>0,则称f(X)为正定二次型,f(X)的矩阵M称为正定矩阵(Positive Definite)。[1]  正定矩阵在相合变换下可化为标准型, 即单位矩阵。所有特征值大于零的对称矩阵(或厄米特矩阵)也是正定矩阵。
另一种定义:一种实对称矩阵.正定二次型f(x1,x2,…,xn)=X′AX的矩阵A(A′)称为正定矩阵.  
  判定定理1:对称阵A为正定的充分必要条件是:A的特征值全为正。  
  判定定理2:对称阵A为正定的充分必要条件是:A的各阶顺序主子式都为正。  
  判定定理3:任意阵A为正定的充分必要条件是:A合同于单位阵。


此外还有一种矩阵的概念--正矩阵:

设矩阵A为m*n维,元素为aij。称A为非负矩阵,若aij>=0,对任何i=1,..,m,j=1,...n成立,即A的所有元素是非负的。若上式中严格的不等式成立,即A的所有元素为正,则称A为正矩阵。

区别:

正定矩阵限定为正方矩阵,而正矩阵可以是非正方的矩阵;

正定矩阵A由其二次型(x^H)Ax>0,对任意x不等于0来定义,而正矩阵由其元素aij>0定义;

正定矩阵常用符号(x^H)Ax>0表示,而正矩阵用符号 A>0表示。

 

正定矩阵的意义:

看了网上了资料,第一感觉就是正定矩阵变换之后如求逆等还是正定的,算是保持正定这个性质;

其次就是特征值全为正,可以方便后续处理吧;

再贴一个百度知道里一个说明作用的例子:

任意一个向量x,跟他垂直的超平面把空间分成两部分,一部分和x在同一侧,即满足和x的内积为正的那侧,一部分在异侧,内积为负。

 

由定义,正定的线性变换把任意一个向量x都变到x的同侧。

 

如果它有实特征值,必定是正数,否则的话它会把这特征向量变到另侧。

 

一个线性变换把一组幺正基e1,...,en变到另一组向量v1,...,vn,这n个新向量的端点和原点一起构成一个多面体。这多面体的体积就是线性变换的行列式。对正定变换来说,其行列式为正,所以这个多面体非退化,且v1,...,vn确定的定向和e1,...,en确定的定向相同。

 

补充:不会保持形状不变.保持不变的必须是等距,就是说,必须是正交变换O(n).

 

正定变换一般最常见的情况是正定对称变换.正定对称变换最常见的情况是用来定义内积.即定义<x,y> = x'Ay为x,y的内积.欧氏空间的内积用I来定义,即<x,y>=x'y.


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