半正定矩阵

更新时间:2023-11-18 18:57

半正定矩阵,是正定矩阵的推广。实对称矩阵A称为半正定的,如果二次型X'AX半正定,即对于任意不为0的实列向量X,都有X'AX≥0.

定义

正定矩阵的研究最先出现于二次型与Hermite型的研究中,而且只限于对实对称矩阵Hermite矩阵的使用。随着数学本身及其它学科(如数学规划、投入产出的矩阵理论、现代控制等)的需要,有不少人开始研究未必对称的较为广义的正定矩阵。

广义定义

定义1 设A是n阶方阵,如果对任何非零向量X,都有X'AX≥0,其中X'表示X的转置,就称A为半正定矩阵。

狭义定义

(常用定义)

定义2 设A为实对称矩阵,若对于每个非零实向量X,都有X'AX≥0,则称A为半正定矩阵,称X'AX为半正定二次型。(其中,X'表示X的转置。)

注:1)设A为实对称矩阵,若对于每个非零实向量X,都有X'AX>0,则称A为正定矩阵,称X'AX为正定二次型。

2)设A为实对称矩阵,若对于每个非零实向量X,都有X'AX<0,则称A为负定矩阵,称X'AX为负定二次型。

3) 设A为实对称矩阵,若对于每个非零实向量X,都有X'AX≤0,则称A为半负定矩阵,称X'AX为半负定二次型。

4)设A为实对称矩阵,若A既不是半正定又不是半负定,则称A为不定矩阵,称X'AX为不定二次型。

5) 设A为Hermite矩阵,若对于每个非零复向量X,都有X*AX≥0,则称A为半正定复矩阵。(其中,X*表示X的共轭转置。)

性质

1.半正定矩阵的行列式是非负的。

2.两个半正定矩阵的和是半正定的。

3.非负实数与半正定矩阵的数乘矩阵是半正定的。

判定

定理 设A是n阶实对称矩阵,则下列的条件等价:

1.A是半正定的。

2.A的所有主子式均为非负的。

3.A的特征值均为非负的。

4.存在n阶实矩阵C,使A=C′C.

5.存在为r的r×n实矩阵B,使A=B′B.

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