Sylvester矩阵秩等方程的解

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

文章编号:1007-7162(2009)04-0011-03

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【,

(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)=

r旧;)

¨

‘DD

D、

Dl

D日J

ll

o\

DJ

T’1Q。1

i三)】

乏),即r=、五Xn。如X12,/-1Q于是

万方数据

DD》

DD置2

lto如

DDDDD

l:o=r+t+r(%).

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

Do=r+t=r(A)+r(X).

x惶It

置l

DD

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

文章编号:1007-7162(2009)04-0011-03

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【,

(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)=

r旧;)

¨

‘DD

D、

Dl

D日J

ll

o\

DJ

T’1Q。1

i三)】

乏),即r=、五Xn。如X12,/-1Q于是

万方数据

DD》

DD置2

lto如

DDDDD

l:o=r+t+r(%).

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

Do=r+t=r(A)+r(X).

x惶It

置l

DD

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


相关内容

  • 线性方程组解决实际问题项目
  • 项目名称应用线性方程组解决实际问题项目 [项目内容] x1+x2x3x4x573x2xxx3x212345解线性方程组 x2x2x6x233452 5x14x23x33x4x512 [相关知识点] 1. 线性方程组间的代数运算: 2. 线性相关性之 ...

  • 浅谈矩阵对角化
  • 内容摘要:本文对矩阵对角化做了一些概括和分析,并结合几个典型的应用实例列举了对角化矩阵的应用,反映出可对角化矩阵在某些问题的研究中所起的重要作用. 中国论文网 http://www.xzbu.com/3/view-9424.htm 关键词:线性代数;矩阵;对角化;应用 中图分类号:O13 文献标识码 ...

  • 沉降类观测数据的处理
  • 路基及结构沉降观测数据分析方案 一.连续的数据观测并记录 测量队要完成数据的连续性观测,并进行电子版本的记录.记录格式以刘秀下发的表格为准. 但表格中基本内容包括以下表内的数据. 二.一元回归 主要是时间累计与沉降量的数据分析及回归.主要用于路基完成后所打边桩的沉降观测,桥墩完成后的工后沉降,隧道的 ...

  • 线性代数讲义-03线性方程组
  • 第三章 线性方程组 第一节 线性方程组与矩阵的行等价 一 线性方程组 以前学过求解二元一次方程组与三元一次方程组的方法. 这里研究一般的一次方程组. ⎧a 11x 1+a 12x 2+ +a 1n x n =b 1⎪a x +a x + +a x =b ⎪2112222n n 2定义3.1 多元一次 ...

  • 矩阵方程求解方法
  • 矩阵方程求解方法 本文所述的矩阵方程是指形如Ax=b的方程,其中A是一个mxn的矩阵,称为方程的系数矩阵.x和b是mx1的矩阵.特别的,当b=0时,这种方程又称为其次方程.本文将讨论这种矩阵的有解条件和求解方法. 矩阵方程的有解条件 为了解释矩阵方程的有解条件,我们首先要熟悉一些概念. 一个矩阵方程 ...

  • 华南科技大学硕士研究生入学考试
  • 华南科技大学硕士研究生入学考试<数学>(含高等数学.线性代数) 考试大纲 一.函数.极限.连续 考试内容 函数的概念及表示法 函数的有界性.单调性.周期性和奇偶性 复合函数.反函数.分段函数和隐函数 基本初等函数的性质及其图形 初等函数 简单应用问题的函数关系的建立. 数列极限与函数极限 ...

  • 天津理工电路习题及答案 第十五章 电路方程的矩阵形式
  • 第十五章 电路方程的矩阵形式内容总结 --目的是建立计算机辅助分析复杂电路(网络)的数学模型 1.教学基本要求 初步建立网络图论的基本概念:图.连通图和子图的概念,树.回路与割集的拓扑概念,关联矩阵,基本回路,基本割集的概念,选取树和独立回路的方法.关联矩阵,用降阶关联矩阵表示的KCL 和KVL 的 ...

  • 重庆专升本资料
  • 2011年数学二 考试科目:高等数学.线性代数 考试形式和试卷结构 一.试卷满分及考试时间 试卷满分为150分,考试时间为180分钟. 二.答题方式 答题方式为闭卷.笔试. 三.试卷内容结构 高等教学 78% 线性代数 22% 四.试卷题型结构 试卷题型结构为: 单项选择题 8小题,每小题4分,共3 ...

  • 线性代数教学大纲(本科)
  • "线性代数"课程教学大纲 课程编号: 学时:72学时(含课外学时) 学分:4 分 适用对象:经济.计算机.环境.蒙文信息处理等专业 先修课程:初等数学 考核要求:闭卷 使用教材及主要参考书: 戴斌祥主编,<线性代数>,北京邮电大学出版社,2009年 同济大学数学系主编 ...