设A属于R^mxn,试证明如下结论: ||A||2=max{|yTAx|:x属于R^n,y属于Rm,||x||2=||y||2=1};
时间: 2024-06-16 22:05:42 浏览: 116
要证明该结论,我们可以按照以下步骤进行推导:
首先,我们定义一个向量v = Ax,其中x是一个单位向量(||x||2 = 1)。然后,我们可以将v表示为v = UΣVTx,其中U和V是正交矩阵,Σ是一个对角矩阵。
接下来,我们可以计算v的2-范数(欧几里得范数):
||v||2 = ||UΣVTx||2 = ||ΣVTx||2
由于U和V是正交矩阵,它们保持向量的长度不变,所以||v||2 = ||ΣVTx||2 = ||Σx'||2,其中x' = VTx。
由于x是一个单位向量,所以||x'||2 = 1。因此,我们可以将问题转化为求解max{|y'TΣx'|: x'属于R^n, y属于R^m, ||x'||2 = ||y||2 = 1}。
根据矩阵的性质,我们知道TΣ是一个对角矩阵。假设对角线上的元素为σ1, σ2, ..., σr(r是矩阵的秩),则有TΣ = Σ'T',其中Σ'是一个对角矩阵,对角线上的元素为σ1, σ2, ..., σr。
现在,我们可以进一步简化问题为求解max{|y'Σ'x'|: x'属于R^n, y属于R^m, ||x'||2 = ||y||2 = 1}。
由于Σ'是一个对角矩阵,我们可以将y'表示为y' = [y1, y2, ..., yr, 0, 0, ..., 0],其中yi是y的前r个元素。
然后,我们可以计算y'Σ'x':
y'Σ'x' = [y1, y2, ..., yr, 0, 0, ..., 0] * [σ1*x'1, σ2*x'2, ..., σr*x'r, 0, 0, ..., 0]
= y1*σ1*x'1 + y2*σ2*x'2 + ... + yr*σr*x'r
根据向量的性质,我们知道|y1*σ1*x'1 + y2*σ2*x'2 + ... + yr*σr*x'r| <= |y1*σ1*x'1| + |y2*σ2*x'2| + ... + |yr*σr*x'r|
由于||x'||2 = 1,我们可以进一步简化为:
|y1*σ1*x'1| + |y2*σ2*x'2| + ... + |yr*σr*x'r| <= |σ1*x'1| + |σ2*x'2| + ... + |σr*x'r|
根据向量的性质,我们知道|σ1*x'1| + |σ2*x'2| + ... + |σr*x'r| <= max{|σ1*x'1|, |σ2*x'2|, ..., |σr*x'r|}
综上所述,我们可以得出结论:||A||2 = max{|yTAx|: x属于R^n, y属于R^m, ||x||2 = ||y||2 = 1}。
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