第26卷第4期2009年12月
广东工业大学学报
JournalofGuangdongUniversityofTechnology
V01.26No.4December2009
Sylvester矩阵秩等方程的解
邱红兵
(广东工业大学应用数学学院,广东广州510006)
摘要:利用矩阵的秩分解。得到Sylvester矩阵秩等方程在秩约束条件下有解的充分必要条件,并由此得到了Sylves-ter矩阵秩等方程的通解.
关键词:秩分解;Sylvester不等式;秩等方程中图分类号i
0151.21
文献标识码1
A
文章编号:1007-7162(2009)04-0011-03
l
引言及引理
本文采用如下记号:足“8表示m×凡实矩阵全
引理2设矩阵A∈R““,B∈R“‘,则有
体;r(A)、A7分别表示矩阵A的秩和转置矩阵;,、D分别表示适当阶数的单位矩阵和零阵.
在矩阵分析中,矩阵的秩是一个基本而深刻的
r(Ap(仙m.
证明显然矩阵(三7)与(三-,A)均可
逆,于是,由引理1,有
概念关于矩阵的秩有一系列不等式【l引,Sylvester不等式是其中最基本的不等式之一,在矩阵理论中
占有重要的地位.
定理l【m1B∈R“‘则有
r(AB)≥r(A)+r(B)一n.
(1)
r(A≯【(A瓢硎:一绷=
7【,
D
(Sylvester不等式)若A∈R““,
J跏¨(仙)‘
(秩分解)设矩阵A∈R“4,且r(A)
引理得证.引理3[31
=r,则存在n阶可逆矩阵P和Q,使得
对于Sylvester不等式的研究,主要集中在Syl—vester不等式的证明及Sylvester不等式取等号的条件上.文献[4]考虑了使Sylvester不等式(1)中等号成立的条件,但仅限于A、曰均形如D+材时的非常特殊的情况;文献[5・8]则根据文献[1]提出的公开问题,继续考虑Sylvester不等式(1)中取等号的条件,推广并完善了文献[1]的结果.而把Sylvester不
A=P(:吕)Q.
2主要结果及证明
c3,
对于Sylvester矩阵秩等方程(2),当X为It/,阶
可逆矩阵时,Sylvester矩阵秩等方程(2)总成立,故Sylvester矩阵秩等方程(2)一定有解.
定理2设矩阵A有秩分解(3),则在约束条件
等式取等号问题转化为一个矩阵秩等方程来研究,
迄今文献尚未见到.
本文考虑Sylvester矩阵秩等方程
r(A)+,-(X)=r(AX)+忍
(2)
r(X)=t下,Sylvester矩阵秩等方程(2)有解的充分
必要条件为
r+t≥儿
(4)
的解,其中A为n阶已知矩阵,x为n阶未知矩阵.
引理1[I-2]
设矩阵A∈置”4,£,、y分别为m阶
和n阶可逆矩阵,则有
r(A)=r(UA)=r(AV)=r(UAV).
当r+t≥n时,Sylvester矩阵秩等方程(2)在约束条件r(X)=t下的通解为
删。1臣玎(:三)日’㈤
收稿日期:2009.09.11
基金项目:广东工业大学校青年基金(082024)
作者简介:邱红兵(1974-),男,讲师,主要研究方向为矩阵分析、线性模型.
万方数据
12
广东工业大学学报
第26卷
(鼍Xl。1吉)可逆的任意矩阵,日为,t阶任意可逆
充分性.令x=Q。1(吕Z),则r(x)=t,且由
rcAx,=r[[乏‘三三][三三妻。]]=
r㈠卜
即x=Q。1(吕Z)为Sylvester矩阵秩等方程(2)在r(:三)日,其中r、日均为n阶可逆矩阵,由引理2有
r(:呈=/-cA,+rcx,
r(Axo)=
『
“
D
D
r旧;)
¨
‘DD
Q
D、
Dl
r
p
矿
t
D日J
D
D
l
ll
r
o\
D
DJ
T’1Q。1
i三)】
乏),即r=、五Xn。如X12,/-1Q于是
万方数据
D
DD》
D
DD置2
lto如
D
D
DDDDD
D
D
l:o=r+t+r(%).
如
D
D
x=Q。1(羔:考)~(三三)丑
其中xll∈掣”,墨2∈掣。‘…’,墨l∈足‘”吣7,且使
(乏:台)可逆,日为凡阶可逆矩阵.
r(似)蜘可【IxJ-
rl‘‘/:1
。(置,考)QfXYll乞≥1Q](:呈)(艺‘?。)]:J(:i)(乙:I)J2
DDDD
D
Do=r+t=r(A)+r(X).
x惶It
置l
DD
D
即形如(5)的x均为Sylvester矩阵秩等方程(2)在约束条件r(x)=t下的解.
综上知,式(5)为Sylvester矩阵秩等方程(2)在约束条件r(x)=t下的通解.证毕.
由定理2不难得到下面定理.
定理3设矩阵A有秩分解(3),则Sylvester矩阵秩等方程(2)的通解为
删。1浇玎仨oo)
其中xll∈足“7、x12∈R“‘一”、邑l∈Rn。H‘为使
陵台)可逆的任意矩阵,日为任意n阶可逆矩
I阵.t=,l—r,n—r+1,…,,1.
栌仆陵
第4期
邱红兵:Sylvester矩阵秩等方程的解
13
参考文献:
[5]邱红兵.一类矩阵秩的恒等式[J].广东工业大学学报,
[1]姚慕生.高等代数学[M】.上海:复旦大学出版社,1999.2007,24(1):82-84.
[2]北京大学数学系几何与代数小组.高等代数[M].3版.
[6]骈俊生.矩阵秩的一个恒等式及其证明[J].大学数学,
北京:高等教育出版社,2003.
2007,23(2):141-146.
【3]倪国熙.常用的矩阵理论和方法[M].上海:上海科学技
[7]王廷明,黎伯堂.一类矩阵秩恒等式的证明[J].山东大
术出版社。1982.
学学报:理学版,2007。42(2):43-45.
[4]李书超,蒋君,向世斌.一类矩阵秩的恒等式及其推广
[8]斯琴巴特尔,陈秀红,宋庆龄,等.一类矩阵秩恒等的证
[J].武汉科技大学学报:自然科学版,2004,27(1):96—
明[J].内蒙古民族大学学报:自然科学版,2007,22(4):
98.
372-373.
TheSolutiontotheSylvester
Matrix
RankEquation
Qiu
Hong-bing
(FacultyofApplied
Mathematics,Guangdong
UniversityofTechnology,Guangzhou510006,China)
Abstract:Withthematrixrankdecomposition。necessaryandsufficient
conditions黜given
fortheSylvestermatrix
rankequationtohavesolutionsundertheconstraintconditionsofrank,andthegeneralsolutiontotheSylvesterma-trixrankequationisobtained.Key
words:rank
decomposition;Sylvester
inequality;rank
equation
(上接第6页)
Worldwide
PatentAnalysis
on
LEDLightingTechnology
WenShang-shen91,ZhangJian.pin91,WenFei2,MoWen-zhen3
(1.College
ofMaterialScienceandEngineering,SouthChina
UniversityofTechnology,Guangzhou510640,China;2.CollegeofElectronicandInformation
Engineering,South
China
UniversityofTechnology,Guangzhou510640,China;
3.Collegeof
ElectricPower,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)
Abstract:DWPI
patent
databaseofTHOMSONgroupwaschosen,literatureon
LEDlightingtechnologypatentsbe-
tweenJanuaryl1965to
December312008wa¥eoHected,andtheassociatedpatentdatabasewasestablished.Der-
went
innovation
IndexpatentanalysissystemWaschosen.These
LED
lightingtechnologypatentswere
analyzed
deeplyfromthetotalamountofpatentapplications,and
key
LEDpatents
andkeypatentholderswereanalyzed
re—
spectively.Thepresentpatentstatusathomeand
abroad
were
compared.Thepatentstrategyofdeveloping
our
na-
LEDlightingtechnologyWasalsodiscussed.words:Light-Emitting
diode(LED);lighting;International
Patent
Classification(IPC);patent
database,pa-
tent
analysis
万方数据
tion’sKey
第26卷第4期2009年12月
广东工业大学学报
JournalofGuangdongUniversityofTechnology
V01.26No.4December2009
Sylvester矩阵秩等方程的解
邱红兵
(广东工业大学应用数学学院,广东广州510006)
摘要:利用矩阵的秩分解。得到Sylvester矩阵秩等方程在秩约束条件下有解的充分必要条件,并由此得到了Sylves-ter矩阵秩等方程的通解.
关键词:秩分解;Sylvester不等式;秩等方程中图分类号i
0151.21
文献标识码1
A
文章编号:1007-7162(2009)04-0011-03
l
引言及引理
本文采用如下记号:足“8表示m×凡实矩阵全
引理2设矩阵A∈R““,B∈R“‘,则有
体;r(A)、A7分别表示矩阵A的秩和转置矩阵;,、D分别表示适当阶数的单位矩阵和零阵.
在矩阵分析中,矩阵的秩是一个基本而深刻的
r(Ap(仙m.
证明显然矩阵(三7)与(三-,A)均可
逆,于是,由引理1,有
概念关于矩阵的秩有一系列不等式【l引,Sylvester不等式是其中最基本的不等式之一,在矩阵理论中
占有重要的地位.
定理l【m1B∈R“‘则有
r(AB)≥r(A)+r(B)一n.
(1)
r(A≯【(A瓢硎:一绷=
7【,
D
(Sylvester不等式)若A∈R““,
J跏¨(仙)‘
(秩分解)设矩阵A∈R“4,且r(A)
引理得证.引理3[31
=r,则存在n阶可逆矩阵P和Q,使得
对于Sylvester不等式的研究,主要集中在Syl—vester不等式的证明及Sylvester不等式取等号的条件上.文献[4]考虑了使Sylvester不等式(1)中等号成立的条件,但仅限于A、曰均形如D+材时的非常特殊的情况;文献[5・8]则根据文献[1]提出的公开问题,继续考虑Sylvester不等式(1)中取等号的条件,推广并完善了文献[1]的结果.而把Sylvester不
A=P(:吕)Q.
2主要结果及证明
c3,
对于Sylvester矩阵秩等方程(2),当X为It/,阶
可逆矩阵时,Sylvester矩阵秩等方程(2)总成立,故Sylvester矩阵秩等方程(2)一定有解.
定理2设矩阵A有秩分解(3),则在约束条件
等式取等号问题转化为一个矩阵秩等方程来研究,
迄今文献尚未见到.
本文考虑Sylvester矩阵秩等方程
r(A)+,-(X)=r(AX)+忍
(2)
r(X)=t下,Sylvester矩阵秩等方程(2)有解的充分
必要条件为
r+t≥儿
(4)
的解,其中A为n阶已知矩阵,x为n阶未知矩阵.
引理1[I-2]
设矩阵A∈置”4,£,、y分别为m阶
和n阶可逆矩阵,则有
r(A)=r(UA)=r(AV)=r(UAV).
当r+t≥n时,Sylvester矩阵秩等方程(2)在约束条件r(X)=t下的通解为
删。1臣玎(:三)日’㈤
收稿日期:2009.09.11
基金项目:广东工业大学校青年基金(082024)
作者简介:邱红兵(1974-),男,讲师,主要研究方向为矩阵分析、线性模型.
万方数据
12
广东工业大学学报
第26卷
(鼍Xl。1吉)可逆的任意矩阵,日为,t阶任意可逆
充分性.令x=Q。1(吕Z),则r(x)=t,且由
rcAx,=r[[乏‘三三][三三妻。]]=
r㈠卜
即x=Q。1(吕Z)为Sylvester矩阵秩等方程(2)在r(:三)日,其中r、日均为n阶可逆矩阵,由引理2有
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即形如(5)的x均为Sylvester矩阵秩等方程(2)在约束条件r(x)=t下的解.
综上知,式(5)为Sylvester矩阵秩等方程(2)在约束条件r(x)=t下的通解.证毕.
由定理2不难得到下面定理.
定理3设矩阵A有秩分解(3),则Sylvester矩阵秩等方程(2)的通解为
删。1浇玎仨oo)
其中xll∈足“7、x12∈R“‘一”、邑l∈Rn。H‘为使
陵台)可逆的任意矩阵,日为任意n阶可逆矩
I阵.t=,l—r,n—r+1,…,,1.
栌仆陵
第4期
邱红兵:Sylvester矩阵秩等方程的解
13
参考文献:
[5]邱红兵.一类矩阵秩的恒等式[J].广东工业大学学报,
[1]姚慕生.高等代数学[M】.上海:复旦大学出版社,1999.2007,24(1):82-84.
[2]北京大学数学系几何与代数小组.高等代数[M].3版.
[6]骈俊生.矩阵秩的一个恒等式及其证明[J].大学数学,
北京:高等教育出版社,2003.
2007,23(2):141-146.
【3]倪国熙.常用的矩阵理论和方法[M].上海:上海科学技
[7]王廷明,黎伯堂.一类矩阵秩恒等式的证明[J].山东大
术出版社。1982.
学学报:理学版,2007。42(2):43-45.
[4]李书超,蒋君,向世斌.一类矩阵秩的恒等式及其推广
[8]斯琴巴特尔,陈秀红,宋庆龄,等.一类矩阵秩恒等的证
[J].武汉科技大学学报:自然科学版,2004,27(1):96—
明[J].内蒙古民族大学学报:自然科学版,2007,22(4):
98.
372-373.
TheSolutiontotheSylvester
Matrix
RankEquation
Qiu
Hong-bing
(FacultyofApplied
Mathematics,Guangdong
UniversityofTechnology,Guangzhou510006,China)
Abstract:Withthematrixrankdecomposition。necessaryandsufficient
conditions黜given
fortheSylvestermatrix
rankequationtohavesolutionsundertheconstraintconditionsofrank,andthegeneralsolutiontotheSylvesterma-trixrankequationisobtained.Key
words:rank
decomposition;Sylvester
inequality;rank
equation
(上接第6页)
Worldwide
PatentAnalysis
on
LEDLightingTechnology
WenShang-shen91,ZhangJian.pin91,WenFei2,MoWen-zhen3
(1.College
ofMaterialScienceandEngineering,SouthChina
UniversityofTechnology,Guangzhou510640,China;2.CollegeofElectronicandInformation
Engineering,South
China
UniversityofTechnology,Guangzhou510640,China;
3.Collegeof
ElectricPower,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)
Abstract:DWPI
patent
databaseofTHOMSONgroupwaschosen,literatureon
LEDlightingtechnologypatentsbe-
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December312008wa¥eoHected,andtheassociatedpatentdatabasewasestablished.Der-
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IndexpatentanalysissystemWaschosen.These
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LEDlightingtechnologyWasalsodiscussed.words:Light-Emitting
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Classification(IPC);patent
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