矩陣分析學習(廣義逆補充)

廣義逆矩陣與線性方程組的解

定義1:A爲m*n矩陣,一個n*m矩陣G稱爲A的一個{1}-廣義逆,如果對任意給出的m*1矩陣B,只要AX=B有解,

則X=GB一定也是AX=B的解;

定義2:A爲m*n矩陣,G爲n*m矩陣爲A的一個廣義逆,當且僅當AGA=A;

證明:已知一個G爲廣義逆,則對於非齊次線性方程AX=B,有AGB=B成立。由此可得出AGAX=AX,所以得出AGA=A;

已知AGA=A,得出AGAX=B,可得出AGB=B,所以GB爲AX=B的一個解,由定義得出G爲一個廣義逆;

定理:m*n矩陣A,設P,Q爲m,n階可逆矩陣,則A的{1}-廣義逆集合爲

A{1}={Q【【Er,A1】,【A2,A3】】P};這裏A1,A2,A3是任意的矩陣 }

注:A1,A2,A3分別爲:r*(m-r),(n-r)*r,(n-r)*(m-r)矩陣

 

定理:由上述定理對於任意m*n矩陣A都存在{1}-廣義逆,且其廣義逆不唯一(A{1}集合非空)。

AX=B的通解的表示形式:X=GB+(E-GA)Z;(Z爲任意n維列向量

證明:已知G爲A的廣義逆,由第一條定理的,X=GB一定爲AX=B的解,故非齊次方程的特解爲GB;

對於AX=0,我們已知AGA=A,則有A(E-GA)=0,由此可得A(E-GA)Z=0,故我們只需要證明X=(E-GA)Z爲,AX=0的

通解的表示形式即可;(這裏的E爲n階矩陣)設R(A)=r,只要證明(E-GA)Z的秩爲n-r即可

R(E-GA)=R(Q^-1 (E-GA) Q);可逆變換不改變矩陣的秩;

由G=Q【【Er,A1】,【A2,A3】】P,得出E-GA=E-Q【【Er,A1】,【A2,A3】】PA;

E-【【Er,A1】,【A2,A3】】PAQ=En-【【Er,A1】,【A2,A3】】【【Er,0】,【0,0】】

故得出E-GA的秩與En-【【Er,A1】,【A2,A3】】【【Er,0】,【0,0】】一致

En-【【Er,0】,【A2,0】】=【【0,0】,【-A2,En-r】】,得出R(E-GA)=n-r;所以(E-GA)Z爲AX=0的通解形式;

 

對於AX=B,它的解一般不唯一,而對於實際問題中,需要在它的解中求出使得||X||2範數最小的解,這樣的解稱爲

該方程組的最小范數解。

定理:設G爲m*n矩陣A的一個{1}-廣義逆,並且(GA)^H=(GA),那麼對於任給的m維列向量,只要AX=B有解

則GB一定就是它的最小范數解

定理:設A爲任一m*n矩陣,如果n*m矩陣滿足下述方程:

1)AGA=A; 2)GAG=G; 3)(GA)^H=(GA); 4)(AG)^H=(AG);的一部分或者全部,則G位A的廣義逆矩陣;

這種廣義逆矩陣的個數一共有15種;如果滿足全部條件這時候的廣義逆爲M-P廣義逆,記做A^+;

(注:如果滿足上述所有條件,這種廣義逆存在且唯一,記做A^+,當A爲可逆矩陣時A^+就是A^-1,可以看做

A^+爲A^-1的推廣。廣義逆矩陣A^+與線性方程組AX=B的最小二乘解也有聯繫,一般最小二乘解是不唯一的,通

常把2範式最小的一個稱爲AX=B的極小最小二乘解,可知其極小二乘解就是X=(A^+) B

 

 

求解廣義逆A+公式(重點)

行列滿秩的情況下求解方法

一般方法,利用極限求解

(注:這裏的A^H爲共軛轉置)

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