矩阵分析学习(广义逆补充)

广义逆矩阵与线性方程组的解

定义1:A为m*n矩阵,一个n*m矩阵G称为A的一个{1}-广义逆,如果对任意给出的m*1矩阵B,只要AX=B有解,

则X=GB一定也是AX=B的解;

定义2:A为m*n矩阵,G为n*m矩阵为A的一个广义逆,当且仅当AGA=A;

证明:已知一个G为广义逆,则对于非齐次线性方程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为AX=B的一个解,由定义得出G为一个广义逆;

定理:m*n矩阵A,设P,Q为m,n阶可逆矩阵,则A的{1}-广义逆集合为

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

注:A1,A2,A3分别为:r*(m-r),(n-r)*r,(n-r)*(m-r)矩阵

定理:由上述定理对于任意m*n矩阵A都存在{1}-广义逆,且其广义逆不唯一(A{1}集合非空)。

AX=B的通解的表示形式:X=GB+(E-GA)Z;(Z为任意n维列向量

证明:已知G为A的广义逆,由第一条定理的,X=GB一定为AX=B的解,故非齐次方程的特解为GB;

对于AX=0,我们已知AGA=A,则有A(E-GA)=0,由此可得A(E-GA)Z=0,故我们只需要证明X=(E-GA)Z为,AX=0的

通解的表示形式即可;(这里的E为n阶矩阵)设R(A)=r,只要证明(E-GA)Z的秩为n-r即可

R(E-GA)=R(Q^-1 (E-GA) Q);可逆变换不改变矩阵的秩;

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的秩与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为AX=0的通解形式;

对于AX=B,它的解一般不唯一,而对于实际问题中,需要在它的解中求出使得||X||2范数最小的解,这样的解称为

该方程组的最小范数解。

定理:设G为m*n矩阵A的一个{1}-广义逆,并且(GA)^H=(GA),那么对于任给的m维列向量,只要AX=B有解

则GB一定就是它的最小范数解

定理:设A为任一m*n矩阵,如果n*m矩阵满足下述方程:

1)AGA=A; 2)GAG=G; 3)(GA)^H=(GA); 4)(AG)^H=(AG);的一部分或者全部,则G位A的广义逆矩阵;

这种广义逆矩阵的个数一共有15种;如果满足全部条件这时候的广义逆为M-P广义逆,记做A^+;

(注:如果满足上述所有条件,这种广义逆存在且唯一,记做A^+,当A为可逆矩阵时A^+就是A^-1,可以看做

A^+为A^-1的推广。广义逆矩阵A^+与线性方程组AX=B的最小二乘解也有联系,一般最小二乘解是不唯一的,通

常把2范式最小的一个称为AX=B的极小最小二乘解,可知其极小二乘解就是X=(A^+) B

求解广义逆A+公式(重点)

行列满秩的情况下求解方法

一般方法,利用极限求解

(注:这里的A^H为共轭转置)

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