负定矩阵

更新时间:2024-09-06 14:32

实对称矩阵A是负定的,如果二次型f(x1,x2,...,xn)=X'AX负定。矩阵负定的充分必要条件是它的特征值都小于零。若矩阵A是n阶负定矩阵,则A的偶数阶顺序主子式大于 0,奇数阶顺序主子式小于 0。

意义

矩阵与方程组、行列式联系紧密,又是与自然科学和工程技术相关的数学应用的内容,矩阵变换是基本的数学方法,矩阵在数学中,乃至其他学科中应用广泛。负定矩阵是矩阵类中的一种特殊矩阵,它在矩阵理论中占有重要地位。负定矩阵可以看成是与正定矩阵对应的概念,负定矩阵与正定矩阵有着许多相似的性质。

定义

设 是一个二次型,对于任意一组不全为0的实数 ,如果都有 ,那么 是负定的。

实对称矩阵A是负定的,如果二次型 负定

性质

性质1:若矩阵是负定矩阵,则 是负定二次型。

性质2:若矩阵是负定矩阵,则实二次型的负惯性指数等于

性质3:若矩阵是负定矩阵,则有可逆矩阵,使,其中,

性质4:若矩阵是阶负定矩阵,当是偶数时,,当是奇数时,

性质5:若矩阵是阶负定矩阵,则的偶数阶顺序主子式大于 0,奇数阶顺序主子式小于 0

性质6:若矩阵是负定矩阵,则 合同于

性质7:若矩阵 是负定矩阵,则也是负定矩阵

性质8:若矩阵是负定矩阵,则的所有特征值小于 0

性质9:若矩阵是负定矩阵,则也是负定矩阵

性质10:若矩阵是负定矩阵,则 是正定矩阵

性质11:若矩阵是负定矩阵,则当是偶数时,是负定矩阵,当是奇数时,是正定矩阵

性质12:若矩阵是负定矩阵,存在可逆实矩阵使

判定定理

定理1:对称矩阵负定的充分必要条件是它的特征值都小于零

推论1:若矩阵是负定矩阵,则当是偶数时,是负定矩阵,当是奇数时,是正定矩阵

推论2:设A是对称矩阵, 其中是矩阵A的特征值,当实数 , 则是负定矩阵

推论3:任意对称矩阵, 必有实数, 使得都是负定矩阵

定理2:若矩阵是负定矩阵的充要条件是负惯性指数等于

推论4:若矩阵是阶负定矩阵,则的偶数阶顺序主子式大于 0,奇数阶顺序主子式小于 0

例题

例1. 判断下面的矩阵是否负定:

解:特征多项式为:

得到特征根: ,即特征值全部小于0,故该矩阵是负定矩阵。

例2. 判断二次型是否负定:

解:易知:二次型对应的矩阵为:

它的一阶顺序主子式

二阶顺序主子式:

三阶顺序主子式:

得到矩阵A是负定的, 所以上述二次型为负定二次型

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