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线性代数导论26
本文是Gilbert Strang的线性代数导论课程笔记。课程地址:http://v.163.com/special/opencourse/daishu.html  
第二十六课时:对称矩阵和正定性
本讲是关于对称矩阵的知识,AT =A,理解对称矩阵的特征值和特征向量,矩阵的特殊性应该表现在特征值和特征向量上

两个待证明性质
实对称矩阵的特征值也是实数
在对称矩阵的特征向量中,能挑出一组是垂直正交的。如果特征值互不相同,那么每个特征值的特征向量是在单独的一条线上,那些线是垂直正交的;如果特征值重复,那就有一整个平面的特征向量,在那个平面上,我们可以选择垂直的向量),我们可以将这组特征向量转化为标准正交向量。
单位矩阵
单位矩阵是对称矩阵,特征值都为1,每一个向量都是特征向量

通常情况下,矩阵A可表示为A=SΛS-1
当A是对称矩阵时,A=QΛQ-1=QΛQT,Q表示标准正交矩阵,这里是方阵,因为对称矩阵的S是垂直正交的,所以可转化为Q,同时标准正交矩阵Q有:Q-1QT,所以以上式子是对称矩阵的分解形式,分解成特征向量和特征值的组合。等式右边取转置有得到自己,所以A是对称矩阵。
数学上叫这个为谱定理,谱就是指矩阵的特征值集合,一些纯东西组合。
力学上叫这个为主轴定理,从几何图形上看,它意味着如果给定某种材料,在合适的轴上来看,它就变成对角化的,方向就不会重复。

问题1:为什么实对称矩阵的特征值是实数
加上有复数,那这个复数与对应的实特征值共轭
Ax=λx,那么
 
同时,向量x乘以其共轭复数向量的转置不等于0,(一个向量为复向量,那么它乘以其共轭复向量得到实部的平方加上虚部的平方,为其长度平方)。

拥有实数特征值,相互正交的特征向量的矩阵是好矩阵,实对称矩阵AT=A满足,如果是复矩阵,那么不但要满足转置相等,还要共轭,即:

进一步探索对称矩阵,某单位向量,乘以自己的转置得到的是什么矩阵:投影矩阵,记得投影矩阵的重要性质:PT=P
每一个对称矩阵都是一些相互垂直的投影矩阵的组合
实对称矩阵的特征值的符号与主元的符号一致。正主元的个数等于正特征值的个数。假设50×50的对称矩阵,将矩阵平移7倍的单位矩阵,这样就将特征值平移了7,然后可以计算矩阵的主元,就会知道原矩阵的特征值,多少大于7,多少小于7。
特征值之积等于主元之积,因为特征值之积等于行列式,主元之积为行列式。

正定矩阵
正定矩阵是对称矩阵的一个子类。
如果一个实对称矩阵的特征值都是正数,那么它是正定矩阵
正定矩阵的主元也都是正数。
正定矩阵的所有子行列式都是正数
正定矩阵将方阵特征值,主元,行列式融为一体

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