线性代数之——正定矩阵
这部分我们关注有正特征值的对称矩阵。如果对称性使得一个矩阵重要,那么所有特征值大于零这个额外属性则让这个矩阵真正特殊。但我们这里的特殊并不是稀少,事实上在各种应用中具有正特征值的对称矩阵非常常见,它们被称作 正定矩阵 。 我们可以通过检查特征值是否大于零来识别正定矩阵,但计算特征值是一项工作,当我们真正需要它们的时候我们可以进行计算,而如果我们仅仅想知道它们是否是正的,我们有更快的方式。 1. 正定矩阵的判断 首先,由于矩阵是对称的,所有的特征值自然都是实数。让我们以一个 2×2 的矩阵开始, \[A = \begin{bmatrix} a&b \\b&c\end{bmatrix}\] A 的特征值是正的当且仅当 \(a > 0\) 并且 \(ac-b^2>0\) 。 如果 2×2 矩阵的特征值 \(\lambda_1>0\) , \(\lambda_2>0\) ,那么它们的乘积等于行列式, \(\lambda_1\lambda_2=|A|=ac-b^2>0\) ,它们的和等于矩阵的迹, \(\lambda_1+\lambda_2=a+c>0\) ,所以 \(a\) 和 \(c\) 都必须是正的。 A 的特征值是正的当且仅当主元是正的。 这连接了线性代数的两大部分, 正的特征值意味着正的主元,反之亦然 。而且,主元往往比特征值计算得更快。 基于能量的定义 \[Ax=\lambda