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复习矩阵相关知识.md

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基础概念

  1. 满射:$B$中所有元素都在$A$中有原像。

单射:$B$中的任何元素若在$A$中有原像,则有且只有一个。

  1. 特征值与特征向量:$Ax=cx$,其中$A$为矩阵,$c$为特征值,$x$为特征向量。

    ①:求解特征向量的意义,在于求解哪些向量能使矩阵只发生伸缩;

    ②:求解特征值的意义,在于看清一个矩阵在哪个方向能产生最大的拉伸效果。

    ③:线性变换使大部分向量偏离了原有的空间,而特征向量经线性变换后依然保留在原空间,仅在$x,y$方向上伸缩,特征值为伸缩系数。

  2. $AX=0,AB=0,A_{n×n},B_{n×n}$ $\Rightarrow B$的每个列向量都是$AX=0$的解向量。

  3. $AX=b \Rightarrow x_{1}a_{1}+x_{2}a_{2}+...+x_{n}a_{n}=b$存在唯一解

  4. $AB=0,r(A)+r(B)\le n;ABC=0,r(A)+r(B)+r(C)\le 2n$

  5. 线性关系判定:$f(x+y)=f(x)+f(y),f(kx)=kf(x)$

  6. 性质:①封闭性:$a+b\in F^{n}$;②结合律:$(a+b)+c=a+(b+c)$;③交换律:$a+b=b+a$;④存在零元:$a+0=a$;⑤存在负元:$a+(-a)=0$;⑥$k(a+b)=ka+kb$;⑦$(a\cdot b)\beta=a\beta+b\beta$;⑧$1\cdot a=a$

例:$P^3 [t]$;基:$(1,t,t^2,t^3)$;元素:$1+t+2t^2$;维数:$n+1$

矩阵

  1. 对称矩阵需满足$A^T=A$,任意矩阵$R$,$R^TR$均为对称矩阵;共轭对称矩阵需满足$A^*=A$,$R^*R$均为共轭对称矩阵。

  2. $AA^{-1}=I\stackrel{转置}\Rightarrow (A^{-1})^TA^T=I^T=I=(A^T)^{-1}A^T\Rightarrow (A^{-1})^T=(A^T)^{-1}$

  3. 谱:$A$特征值的集合,$\sigma(A)$;谱半径:特征值的最大模。

  4. 一个$n$阶矩阵可对角化$\Longleftrightarrow$$A$的每个特征值的代数重数与几何重数相等$\Leftrightarrow A$的最小多项式没有重根

    **代数重数:**特征根的个数;几何重数:块数。

  5. 矩阵维数:$A$的行空间$r$个线性无关向量,$r$维。其中,主元$r$个,自由元$(n-r)$个。

  6. 矩阵的:所有特征值的和,$tarce(A)=\sum^{n}_{i=1}\lambda_i$

  7. 矩阵的行列式:所有特征值的积,$\begin{vmatrix}A\end{vmatrix}=\prod^s_{i=1}(\lambda_i^{n_i})$

  8. 左乘一个矩阵相当于行变换,行变换不改变秩。

  9. 正规矩阵:

    $A^A=AA^$

    $A$正规$\Longleftrightarrow A$可酉对角化,$A^*=A$

    $A$的特征值为实数时,$A^*=A$,$A$为Hermite矩阵;

    $A$的特征值为0或虚数时,$A^*=-A$,$A$为反Hermite矩阵。

    $A^A=AA^=E\Rightarrow A$为酉矩阵

    $A^TA=AA^T=E\Rightarrow A$为正交矩阵

    $A^T=A\Rightarrow A$为实对称矩阵

    $A^T=-A\Rightarrow A$为实反对称矩阵

  10. 正交投影矩阵$\Leftrightarrow$$A^2=A,A^*=A$

  11. 酉矩阵:

    1)$Q$是酉矩阵$\Leftrightarrow Q^*Q=I$

    实矩阵$Q$是正交阵$\Leftrightarrow Q^TQ=I\Leftrightarrow Q^T=Q^{-1}\Rightarrow$即酉矩阵的逆矩阵是其共轭转置

    2)实的酉矩阵成为正定矩阵

    3)当矩阵为2阶时,正交矩阵的几何意义是平面几何中的旋转变换;利用正交矩阵可以将实对称矩阵对角化。

  12. **Hermite矩阵:**复共轭对称矩阵,非零行恰为前$r$行,$r$行第一个非零元为1,且列标随行标递增

1)特征值均为实数,不同特征值对应的特征向量彼此正交

2)存在酉矩阵$U$,使得$U^*AU=D$是对角矩阵,对于实矩阵$\Leftrightarrow U^TAU=D$

若$A$是$n$阶Hermite矩阵

则①$A$正定;②$f(x)=x^*Ax$正定;③$A$的特征值为正实数;④存在$n$阶满秩矩阵$M$,使得$A=M^*M=M^TM$

  1. 度量矩阵:

    几何意义,二阶是平行四边形的面积;三阶是体积。

  2. 正定:

    对于任意向量$z$,都有$z^TMz\gt0$,顺序主子式、特征值均为正。

  3. 幂等矩阵

$A^2=A$,所有幂等矩阵都相似于对角元全为0或1的对角阵。

$A^,A^T,E-A^,E-A^T,B^{-1}AB,B$为可逆矩阵

  1. 恒等变换:

    变换前后元素不变

  2. 伴随变换:

    $T\rightarrow T^*$

  3. 自伴随变换:

    $T=T^*$

  4. 等距变换:

    距离$d(a,b)=d(T(a),T(b))$,也叫保长变换,合同变换

  5. 线性变换:

    满足$\left{\begin{aligned}\sigma(\alpha+\beta) &=\sigma(\alpha)+\sigma(\beta) \ \sigma(k\alpha) &=k\sigma(\alpha)\end{aligned}\right.$

  6. $\sigma(\alpha)=0$ 零变换; $\sigma(\alpha)=\alpha$ 恒等变换;

  7. 核空间相空间

    $Ker\sigma=\begin{Bmatrix}\alpha\mid\alpha\in U,\sigma(\alpha)=0\end{Bmatrix}$ 核空间

    $Im\sigma=\begin{Bmatrix}\beta\mid\beta\in V,\exists\alpha\in U,\sigma(\alpha)=\beta\end{Bmatrix}$ (值域)相空间

    $Ker\sigma=\begin{Bmatrix}f(x)\mid g(x)=0\end{Bmatrix}$

    $Im\sigma=\begin{Bmatrix}z\in g(x)=z\end{Bmatrix}$

    例:$A_{m\times n}, R_m\rightarrow R_N, \forall\alpha\in R_n,\sigma(\alpha)=A\alpha$

    $Ker\sigma=N(A),dim(N(A))=n-r(A)$

    $\beta=A\alpha$ 矩阵左乘向量,实为矩阵列向量的线性组合

    $\Rightarrow dim(Im\sigma)=r(A)$

    例:$\forall A\in R^{n\times n}$,$\sigma(A)=A-A^T$(反对称)

    $Ker\sigma=\begin{Bmatrix}A=A^T\end{Bmatrix}$, $Im\sigma=\begin{Bmatrix}A=-A^T\end{Bmatrix}$

    $\sigma:U\rightarrow V$

    $dimU=dim(Ker\sigma)+dim(Im\sigma)$

  8. 正交变换:

    $(\sigma(\alpha),\sigma(\alpha)=(\alpha,\alpha)$

  9. 逆矩阵:

    可逆$\Leftrightarrow$满秩

    $\begin{pmatrix}A_{m\times n}\mid E\end{pmatrix}\stackrel{行变换}\longrightarrow\begin{pmatrix}E\mid A^{-1}\end{pmatrix}$

    $\begin{pmatrix}A_{m\times n}\mid C\end{pmatrix}\stackrel{行变换}\longrightarrow\begin{pmatrix}E\mid A^{-1}C\end{pmatrix}$

  10. 广义逆矩阵:

    ①投影矩阵:$P_{L,M}=(X,0)(X,Y)^{-1}$

    ②正交投影矩阵:$A^2=A,A*=A,P_L=X(X^X)^{-1}X^$

  11. 幂零矩阵:

    $A^K=0$

  12. 矩阵的幂级数:

    已知$e^{At}$,$A=(e^{At})'\mid_{t=0}$

    ①$e^{At}=P(e^{Jt})P^{-1}$

    ②$e^{At}=\sum^{\infty}_{n=1}\frac{1}{n!}(At)^n$

  13. 幂收敛$\Leftrightarrow$任意$\begin{vmatrix}\lambda\end{vmatrix}\lt1$

  14. 矩阵函数的计算:$e^{Jt}=e^{\lambda t}\sum^{s-1}_{k=0}\frac{t^kN^k}{K!}$

    例:$J_1=\begin{pmatrix}a&1&\&a&1\&&a\end{pmatrix}$

    $e^{J_1t}=\begin{pmatrix}1&t&t^2/2\&1&t\&&1\end{pmatrix}$

    $J_1\oplus J_2\oplus J_3$

  15. 矩阵的微积分:

    ①偏导:$\nabla f(x)=(\frac{\partial f}{\partial x},\frac{\partial f}{\partial y},\frac{\partial f}{\partial z})$

    ②导数和积分:$(x^TAx)'=x^TA'x+2x^TAx'$

  16. Cayley-Hamilton定理:

    矩阵$A$的特征多项式为$f(\lambda)$,则有$f(A)=0$

  17. Sylvester矩阵定理(降幂公式):

    $\begin{vmatrix}\lambda I_m-AB\end{vmatrix}=\lambda^{m-n}\begin{vmatrix}\lambda I_n-BA\end{vmatrix}$

    $f(t)=\sum^\infty_{k=0}a_kt^k,g(t)=\sum^\infty_{k=0}b_kt^k$

    例:由特征多项式$m(x)=(x-1)(x-2)^2$

    令$f(\lambda)=e^{\lambda t},g(\lambda)=a_0+a_1+a_2\lambda^2$

    $e^t=f(1)=g(1)=a_0+a_1+a_2\e^{2t}=f(2)=g(2)=a_0+2a_1+4a_2\te^{2t}=f'(2)=g'(t)=a_1+4a_2$

  18. Lagrange-Sylvester插值

    例:$A=\begin{pmatrix}1&2\2&1\end{pmatrix}$,$f(t)=e^{At}$

    解出特征值$\lambda_1,\lambda_2$

    $L_1(A)=\frac{A-\lambda_2I}{\lambda_1-\lambda_2}\L_2(A)=\frac{A-\lambda_1I}{\lambda_2-\lambda_1}$$\Rightarrow$$f(A)=f(\lambda_1)L_1(A)+f(\lambda_2)L_2(A)

空间

  1. 维数判断:$A$的行空间有$r$个线性无关向量,则至少有$r$维,即自由变量的数目。

  2. **线性空间:**包含一个非空集合,两种运算,一个域

  3. $A_{m\times n}$子空间

    ①零化空间$N(A)$ 齐次线性方程组$AX=0$ 的解空间 $R^{n}$ $\rightarrow$ 解方程

    ②列空间$R(A)$ 列向量张成的空间 $R^m$ $\rightarrow$从$H_A$中找出线性无关列向量

    ③行空间$N(A^T)$ 行向量张成的空间 $R^n$ $\rightarrow$ 从$H_A$中找出线性无关行向量。

    ④左零化空间$R(A^T)$ $A^TX=0$ 的解空间 $R^m$ $\rightarrow$$P$与$A$的某行乘积为零,即为左零空间

    $dimN(A)+dimR(A^T)=n\dimN(A^T)+dimR(A)=m\N(A)=R(A^)^{\perp},R(A)=N(A^)^{\perp}$

  4. Hermite标准型:$H_A=\begin{pmatrix}H_r\0\end{pmatrix}$

    例:

    $A=\begin{pmatrix}1&1&2\0&1&1\1&2&3\end{pmatrix}$

    $\begin{pmatrix}A,I_3\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1&1&2&1&0&0\0&1&1&0&1&0\1&2&3&0&0&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1&0&1&1&-1&0\0&1&1&0&1&0\0&0&0&-1&-1&1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}H_A,P\end{pmatrix}$

    $\Rightarrow PA=H_A\Rightarrow rank(A=2)$

    $R(A)=span\begin{Bmatrix}(1,0,1)^T,(0,1,1)^T\end{Bmatrix}$

    $R(A^T)=R(H_A^T)=span\begin{Bmatrix}(1,0,1)^T,(0,1,1)^T\end{Bmatrix}$

    $N(A)=N(H_A)=span\begin{Bmatrix}(-1,-1,1)^T\end{Bmatrix}$

    $N(A^T)=span\begin{Bmatrix}(P_3)^T\end{Bmatrix}=span\begin{Bmatrix}(-1,-1,1)^T\end{Bmatrix}$

    理由:矩阵P最后一行为零向量,是$xA=0$的一组解。

  5. **欧式空间:**实数域上定义了内积。

  6. **酉空间:**复数域上定义了内积。

  7. 柯西不等式:$\begin{vmatrix}(\alpha,\beta)\end{vmatrix}\le\begin{Vmatrix}\alpha\end{Vmatrix}\begin{Vmatrix}\beta\end{Vmatrix}$

  8. 子空间验证封闭性:

    证明$A=B$,即证$A\subseteq B,B\subseteq A$

  9. 交空间&和空间:

任意多个子空间的交集仍是子空间,两个子空间的并集不再是子空间,例:两条直线张成一个平面。

  1. 维数定理:$dim(U+W)=(dimU+dimW)-dim(U\cap W)$

$U\cap W=0$$\Rightarrow$直和

$U=\begin{Bmatrix}A^T=A\end{Bmatrix}$ $\frac{(n+1)n}{2}$

$U=\begin{Bmatrix}A^T=-A\end{Bmatrix}$ $\frac{(n-1)n}{2}$

$A=\frac{A^T+A}{2}+\frac{A^T-A}{2}$

补空间不唯一,正交补空间唯一。

空间变换与矩阵

  1. 内积$\underline{a_{1},a_{2},...,a_{n}}$正定阵

    基:$\beta_{1},\beta_{2},...,\beta_{n}:G_{2}\\alpha_{1},\alpha_{2},...,\alpha_{n}:G_{1}\(\beta_1,\beta_2,...,\beta_n)=(\alpha_1,\alpha_2,...,\alpha_n)P\Y_1=PY_2,X_1=PX_2$ $\Rightarrow$ $\alpha=(\alpha_1,\alpha_2,...,\alpha_n)X_1,\\beta=(\beta_1,\beta_2,...,\beta_n)Y_1,$ $\alpha=(\alpha_1,\alpha_2,...,\alpha_n)X_2\\beta=(\beta_1,\beta_2,...,\beta_n)Y_2$

    $(\alpha,\beta)=Y_{1}^{}G_1Y_1=Y_{2}^{}G_{2}X_{2}$

    $\begin{aligned}G_1&=(Y_{1}^{})^{-1}Y_{2}^{}G_{2}X_{2}(X_1)^{-1}\&=(Y_2^P^)^{-1}Y_2^G_{2}X_{2}(X_{2}^P^)^{-1}\&=(P^)^{-1}G_{2}P^{-1}\end{aligned}$

    $G_{2}=P^*G_{1}P$ 合同变换

  2. 模:$\begin{Vmatrix}\alpha\end{Vmatrix}=\sqrt{(\alpha,\alpha)}$;角度:$\theta=arcos\frac{\begin{vmatrix}(\alpha,\beta)\end{vmatrix}}{\begin{Vmatrix}\alpha\end{Vmatrix}\begin{Vmatrix}\beta\end{Vmatrix}}$

  3. 如何构建标准正交基:

    给定一$n$阶矩阵$A$,求其列空间一组标准正交基。

    $A=[a_1,a_2,...,a_n]$

    把$a_1,a_2,...,a_n$构成的线性空间记为$R(A)$

    先验证$dim(R(A))=n$,

    正交化:$\beta_1 =\alpha_1\ \beta_2 =\alpha_2-\frac{(a_2,\beta_1)}{(\beta_1,\beta_1)}\cdot\beta_1\ ...\\beta_n=\alpha_n-\frac{(a_n,\beta_1)}{(\beta_1,\beta_1)}\cdot\beta_1-\frac{(a_n,\beta_2)}{(\beta_2,\beta_2)}\cdot\beta_2-...-\frac{(a_n,\beta_{n-1})}{(\beta_{n-1},\beta_n-1)}\cdot\beta_{n-1}$

    单位化:

    $e_1=\frac{\beta_1}{\begin{Vmatrix}\beta_1\end{Vmatrix}}$

    $e_2=\frac{\beta_2}{\begin{Vmatrix}\beta_2\end{Vmatrix}}$

    $...$

    $e_n=\frac{\beta_n}{\begin{Vmatrix}\beta_n\end{Vmatrix}}$

    故$e_1,e_2,...,e_n$为一组标准正交基。

  4. 相似变换:$B=P^{-1}AP$

    实质,同一线性变换在不同基下的矩阵。

  5. 最佳近似向量:

    $AX=b$

    $A^Tb=A^TA\tilde{X}\Rightarrow\tilde{X}=A^Tb$

    当且仅当$A$满秩,$A^TA$可逆

    $rank(A^TA)=rank(A)$

  6. 等积变换:

    $(\alpha,\beta)=(\sigma(\alpha),\sigma(\beta))$$\Longleftrightarrow$标准积,为正交积。

    $(\alpha,\beta)=\sum{X_iY_i}$

    $\sigma(\alpha)=x_1\alpha_1+x_2\alpha_2+...+x_n\alpha_n$

    $\sigma(\beta)=y_1\beta_1+y_2\beta_2+...+y_n\beta_n$

  7. 对称变换: $(\sigma(\alpha),\beta)=(\alpha,\tau(\beta))$

    $\sigma(\alpha_1,\alpha_2,...,\alpha_n)=(\alpha_1,\alpha_2,...,\alpha_n)A\\tau(\alpha_1,\alpha_2,...,\alpha_n)=(\alpha_1,\alpha_2,...,\alpha_n)B$

    $\Rightarrow$$\sigma(\alpha)=(\alpha_1,\alpha_2,...,\alpha_n)AX\\tau(\beta)=(\alpha_1,\alpha_2,...,\alpha_n)BY$

    $\Rightarrow$$(\sigma(\alpha),\beta)=Y^*AX\(\alpha,\tau(\beta))=(BY)^*X=Y^*B^*X$

    $\Rightarrow$$A=B^*$

  8. 线性变换矩阵:

    $\sigma(\alpha)=A\alpha$ 变换对应着矩阵,矩阵对应着坐标。

    基可以视为用以表述同一位置的不同坐标系,坐标系与坐标系之间转换依靠过渡矩阵。

    $\sigma$在标准基下的矩阵为A,在$\beta$基下的矩阵为B,基的过渡矩阵为P,则满足$AP=PB$.

    例:$R^{2\times 2}\rightarrow R^{2\times 2},\sigma(A)=\begin{pmatrix}1&1\1&1\end{pmatrix}A,A\in R^{2\times 2},E_{11},E_{12},E_{21},E_{22}$

    $\sigma(E_{11})=\begin{pmatrix}1&1\1&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1&0\0&0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1&0\1&0\end{pmatrix}=1\cdot E_{11}+0\cdot E_{12}+1\cdot E_{21}+0\cdot E_{22}$

    $\sigma(E_{12})=\begin{pmatrix}1&1\1&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}0&1\0&0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0&1\0&1\end{pmatrix}=0\cdot E_{11}+1\cdot E_{12}+0\cdot E_{21}+1\cdot E_{22}$

    $\sigma(E_{21})=\begin{pmatrix}1&1\1&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}0&0\1&0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1&0\1&0\end{pmatrix}=1\cdot E_{11}+0\cdot E_{12}+1\cdot E_{21}+0\cdot E_{22}$

    $\sigma(E_{22})=\begin{pmatrix}1&1\1&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}0&0\0&1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0&1\0&1\end{pmatrix}=0\cdot E_{11}+1\cdot E_{12}+0\cdot E_{21}+1\cdot E_{22}$

    $\sigma(E_{11},E_{12},E_{21},E_{22})=(E_{11},E_{12},E_{21},E_{22})\begin{pmatrix}1&0&1&0\0&1&0&1\1&0&1&0\0&1&0&1\end{pmatrix}$

Jordan标准型:

  1. 计算:

    ①$\begin{vmatrix}\lambda I-E\end{vmatrix}=0$求解特征值

    ②同一特征值有几个约当块,取决于其线性无关向量数$K$

    求法:$rank(\lambda_iE-A)=r\k=n-r$

  2. Jordan基:

    已知$J$,以及原矩阵$A$

    $\Rightarrow AP=PJ\\Rightarrow (a_1,a_2,...,a_n)P$

  3. 盖尔圆盘:

    $A=\begin{pmatrix}\lambda_1&a_{12}&a_{13}\a_{21}&\lambda_2&a_{23}\a_{31}&a_{32}&\lambda_3\end{pmatrix}$

    $D_1(A)=\begin{Bmatrix}X:\begin{vmatrix}X-\lambda_1\end{vmatrix}\le a_{12}+a_{13}\end{Bmatrix}$

    $D_1(A)=\begin{Bmatrix}X:\begin{vmatrix}X-\lambda_2\end{vmatrix}\le a_{21}+a_{23}\end{Bmatrix}$

    $D_1(A)=\begin{Bmatrix}X:\begin{vmatrix}X-\lambda_3\end{vmatrix}\le a_{31}+a_{32}\end{Bmatrix}$

  4. 例:

    已知$A$,求可逆矩阵$P$,使得$P^{-1}AP=J$

    $\Rightarrow AP=PJ$

    ①分析出$J$的结构

    ②根据$AX=\beta$,$\beta=(b_1,b_2,b_3,b_4)^T$,带入$J$的Jordan块对应的非零行

    ③解出几组解,得到P

20)相似条件:迹、行列式、秩、最小零化多项式相同

分解

  1. 满秩分解

    实质:对矩阵进行初等行(列)变换,到不可再简化为止,得到$\begin{pmatrix}I_r\0\end{pmatrix}$和$\begin{pmatrix}Ir&0\end{pmatrix}$,则$A=H_rI_r$是一个满秩分解。

    满秩$\Longleftrightarrow$$A$可逆$\Longleftrightarrow$特征值不为0

    $A=\begin{pmatrix}A_{j1},A_{j2},...,A_{jr}\end{pmatrix}H_r$

    $H_{A}=\begin{pmatrix}H_r\0\end{pmatrix}$----Hermite标准型:主元若不为0,则同列其余元素均为0,前$r$行非0主元。

  2. 三角分解

    $A=LU$,$L-lower$下三角,$U-upper$上三角

    可进一步转化为,$A=L\wedge U$

    其中,$EA=U\Rightarrow A=E^{-1}U$

    若$A$为实正定矩阵,则$A$一定有三角分解,且存在唯一的对角元素均为正的下三角矩阵$G$,使得$A=GG^T$

    证明:

    $G_{1}AG_{1}^{T}=\wedge\Rightarrow AG_{1}^{T}=G_{1}^{-1}\wedge\Rightarrow A=G_{1}^{-1}(G_{1}^{T})^{-1}=(G_{1}^{-1})(G_{1}^{-1})^{-1}=(G_{1}^{-1})(G_{1}^{-1})^{T}$

    条件:

    $n$阶矩阵$A$的前$r(A)$个顺序主子式均非零,则$A$存在三角分解。

    例子:

    $\begin{pmatrix}2&1\1&3\end{pmatrix}\Rightarrow\begin{pmatrix}1&0\x&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}2&1\1&3\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1&y\0&1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}2&0\0&\frac{5}{2}\end{pmatrix}=D$

    $PAP^{-1}=D\Rightarrow A=P^{-1}DP=\begin{pmatrix}1&0\-x&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}\sqrt{2}&0\0&\sqrt{\frac{5}{2}}\end{pmatrix}\begin{pmatrix}\sqrt{2}&0\0&\sqrt{\frac{5}{2}}\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1&-y\0&1\end{pmatrix}$

    $A=LU$

  3. QR分解

  4. 奇异值分解(SVD分解)

    $A=\stackrel{正交}U\stackrel{对角}\sum\stackrel{正交}V^{*}$

    1)$A$是对称正定矩阵

    对$A$求取特征向量组成矩阵$Q$,求取特征值组成矩阵$\wedge$。

    $A=Q\wedge Q^T$

    2)$A$不是对称正定矩阵

    $AV=U\sum\V^T=V^{-1}$ $\Rightarrow$ $A=U\sum V^T$

    $A^TA=V\sum^TU^TU\sum V^T=V\sum^T\sum V^T=V\begin{pmatrix}\sigma^2_{1}&&\&\sigma^2_{2}&\&&\sigma^2_{3}\end{pmatrix}V^T$

    其中,$V$是$A^*A$的特征向量,$\sigma_1^{2},...,\sigma_{n}^2$是$A^A$的特征值,$U$是$AA^$的特征向量。

    同理,$AA^T=U\sum\sum^T U^T\Rightarrow U\\Rightarrow A=U\sum U^T$

    计算$AA^*=B$,求$B$的特征值,并求解特征向量。

  5. Jordan-Chevalley分解$A=\stackrel{可对角化}B+\stackrel{幂零}C$

  6. 内积正交分解(傅里叶级数):$(f(x),g(x))=\frac{1}{\pi}\int^{\pi}_{\pi}f(x)g(x)dx$

  7. **最小二乘解:**已知$Ax=b\Rightarrow$$A^*Ax=A^*b$

  8. Givens变换:

    $c^2+s^2=1,\theta=arctan\frac{s}{c}$

    $G(i,j,\theta)=I_n-(1-c)(E_{ii}+E_{jj})+s(E_{ij-E_{ji}})$

    将矩阵中某些元素快速变为0