正定矩阵

更新时间:2024-10-11 21:07

在线性代数里,正定矩阵 (positive definite matrix) 有时会简称为正定阵。在线性代数中,正定矩阵的性质类似复数中的实数。与正定矩阵相对应的线性算子对称正定双线性形式(复域中则对应埃尔米特正定双线性形式)。

定义

分类

对称正定矩阵

设,若,对任意的,都有,则称A为对称正定矩阵。

Hermite正定矩阵

设,若,对任意的,都有,则称A为Hermite正定矩阵。

性质

正定矩阵有以下性质:

1.正定矩阵的行列式恒为正;

2.实对称矩阵A正定当且仅当A与单位矩阵合同;

3.若A是正定矩阵,则A的逆矩阵也是正定矩阵;

4.两个正定矩阵的和是正定矩阵;

5.正实数与正定矩阵的乘积是正定矩阵。

等价命题

对于n阶实对称矩阵A,下列条件是等价的:

1.A是正定矩阵;

2.A的一切顺序主子式均为正;

3.A的一切主子式均为正;

4.A的特征值均为正;

5.存在实可逆矩阵C,使A=C′C;

6.存在秩为n的m×n实矩阵B,使A=B′B;

7.存在主对角线元素全为正的实三角矩阵R,使A=R′R。

充要条件

1.n 元实二次型正定它的正惯性指数为 n;

2.一个实对称矩阵 A 正定A 与 E 合同,即可逆矩阵 C,使得;

3. 实二次型是正定的A的顺序主子式全大于零;

4.一个实对称矩阵 A 正定A 的特征值全大于零;

5. 一个实对称矩阵 A 正定A 的顺序主子式全大于零;

6.A ,B 是实对称矩阵,则正定A,B均正定;

7.A 实对称矩阵, A 正定正定矩阵 B,使得,(k 为任意正整数)。

判定的方法

根据正定矩阵的定义及性质,判别对称矩阵A的正定性有两种方法:

1.求出A的所有特征值。若A的特征值均为正数,则A是正定的;若A的特征值均为负数,则A为负定的。

2.计算A的各阶主子式。若A的各阶主子式均大于零,则A是正定的;若A的各阶主子式中,奇数阶主子式为负,偶数阶为正,则A为负定的。

应用

对于具体的实对称矩阵,常用矩阵的各阶顺序主子式是否大于零来判断其正定性;对于抽象的矩阵,由给定矩阵的正定性,利用标准型,特征值及充分必要条件来证相关矩阵的正定性。

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