对于一个满秩矩阵A,假定有一个参数可以操控,让两列的相关程度从完全不共线到完全共线,证明当参数发生变化时,最小特征值是不是会趋向于0?
时间: 2023-05-26 19:03:08 浏览: 97
假设参数为t,我们将A的第一列和第二列分别表示为a和b。假设a和b的相关系数为s,有以下关系:
s = cosθ
其中θ表示a和b之间的夹角。当a和b共线时,θ=0,此时s=1;当a和b垂直时,θ=π/2,此时s=0。因此,当我们改变参数t,使得a和b的相关系数从1变为0时,θ会从0到π/2变化。
根据Gerschgorin圆盘定理,A的每个特征值都在A的行和列的和空间中的Gerschgorin圆盘内。对于A的任意特征向量x,有:
|ax+by| <= r1
|cx+dy| <= r2
其中r1和r2表示A的第一行和第二行的所有元素的绝对值之和,和A的第一列和第二列的所有元素的绝对值之和。因为A是满秩矩阵,所以A的最小特征值大于0,即存在一个特征向量y,使得Ay=λy,其中λ是A的最小特征值。
现在我们来考虑矩阵A',它的第一列仍然是a,但第二列变为了ta+b,其中t是我们调节的参数。当t=0时,a和ta+b不相关,即s=0,此时A'的特征值等价于A中的特征值,即λ是A'的最小特征值。
当t向正无穷方向增加时,由于a和b的相关系数s趋近于0,因此θ趋近于π/2。此时A'的第一列和第二列趋近于垂直,r1和r2趋近于A中第一列和第二列元素的绝对值之和。因此,我们可以得到:
|ax+(ta+b)y| ≈ |bx + (t-1)a y| <= r1+r2
因此,A'的最小特征值趋近于0。类似地,当t向负无穷方向增加时,A'的第一列和第二列趋近于共线,r1和r2趋近于A中第一行和第二行元素的绝对值之和,因此A'的最小特征值同样趋近于0。
因此,我们可以得出结论:当我们调节参数t,使得a和b从不相关到共线时,A'的最小特征值会趋向于0。
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