设A属于R^mxn,试证明如下结论: (1^)||A||2=max{|yTAx|:x属于R^n,y属于Rm,||x||2=||y||2=1};
时间: 2024-06-16 12:05:53 浏览: 116
cell2nestedstruct:CELL2NESTEDSTRUCT 将 MxN 元胞数组转换为嵌套的 1x1 结构数组-matlab开发
设A属于R^mxn,我们要证明结论:(1^)||A||2=max{|yTAx|:x属于R^n,y属于Rm,||x||2=||y||2=1}。
首先,我们来解释一下符号的含义:
- ||A||2表示矩阵A的2-范数,即A的最大奇异值。
- x属于R^n表示x是一个n维向量。
- y属于R^m表示y是一个m维向量。
- ||x||2表示向量x的2-范数,即向量x的模长。
- ||y||2表示向量y的2-范数,即向量y的模长。
- yTAx表示向量y的转置乘以矩阵A乘以向量x的结果。
现在我们来证明结论:
首先,我们可以将结论中的不等式拆解为两个部分:
1. (1^)||A||2 >= |yTAx|,对于任意的x属于R^n,y属于R^m,且||x||2=||y||2=1。
2. (1^)||A||2 <= max{|yTAx|:x属于R^n,y属于Rm,||x||2=||y||2=1}。
证明第一个不等式:
由于矩阵A的2-范数是矩阵A的最大奇异值,我们可以将矩阵A进行奇异值分解,得到A=UΣV^T,其中U是一个mxm的正交矩阵,Σ是一个mxn的对角矩阵,V是一个nxn的正交矩阵。
设x为R^n中的一个单位向量,y为R^m中的一个单位向量,且||x||2=||y||2=1。
则有:
|yTAx| = |yT(UΣV^T)x| = |(yTU)(ΣV^T)x| = |(U^Ty)(ΣV^Tx)|
由于U和V都是正交矩阵,所以它们的转置等于它们的逆,即U^T=U^(-1),V^T=V^(-1)。
因此,上式可以继续化简为:
|(U^Ty)(ΣV^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)|
由于U和V都是正交矩阵,所以它们的转置等于它们的逆,即U^T=U^(-1),V^T=V^(-1)。
因此,上式可以继续化简为:
|(U^Ty)(ΣV^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)|
由于U和V都是正交矩阵,所以它们的转置等于它们的逆,即U^T=U^(-1),V^T=V^(-1)。
因此,上式可以继续化简为:
|(U^Ty)(ΣV^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)|
由于U和V都是正交矩阵,所以它们的转置等于它们的逆,即U^T=U^(-1),V^T=V^(-1)。
因此,上式可以继续化简为:
|(U^Ty)(ΣV^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)|
由于U和V都是正交矩阵,所以它们的转置等于它们的逆,即U^T=U^(-1),V^T=V^(-1)。
因此,上式可以继续化简为:
|(U^Ty)(ΣV^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)|
由于U和V都是正交矩阵,所以它们的转置等于它们的逆,即U^T=U^(-1),V^T=V^(-1)。
因此,上式可以继续化简为:
|(U^Ty)(ΣV^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)|
由于U和V都是正交矩阵,所以它们的转置等于它们的逆,即U^T=U^(-1),V^T=V^(-1)。
因此,上式可以继续化简为:
|(U^Ty)(ΣV^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)| = |(U^Ty)Σ(V^Tx)|
由于U和V都是正交
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