a=[a1⋮an],b=[b1⋮bn]
a = \begin{bmatrix}
a_1 \\
\vdots\\
a_n
\end{bmatrix}, \quad
b = \begin{bmatrix}
b_1 \\
\vdots\\
b_n
\end{bmatrix}
a=⎣⎢⎡a1⋮an⎦⎥⎤,b=⎣⎢⎡b1⋮bn⎦⎥⎤
aTb=∑i=1naibi,abT=[a1b1⋯a1bn⋯⋯⋯anb1⋯anbn],
a^T b = \sum_{i=1}^{n} a_i b_i,
\quad
ab^T =
\begin{bmatrix}
a_1b_1 & \cdots & a_1 b_n \\
\cdots & \cdots & \cdots \\
a_n b_1 & \cdots & a_n b_n
\end{bmatrix},
aTb=i=1∑naibi,abT=⎣⎡a1b1⋯anb1⋯⋯⋯a1bn⋯anbn⎦⎤,
abTab^TabT的秩为1,其所有行或列都线性相关,只有一个非零特征值:λ(abT)=aTb\lambda(ab^T) = a^Tbλ(abT)=aTb.
列变换
[a1b1⋯a1bn⋯⋯⋯anb1⋯anbn][1−b2b1−b3b1⋯−bnb110⋯0⋱⋱⋮101]=[a1b1⋯0⋯⋯⋯anb1⋯0] \begin{bmatrix} a_1b_1 & \cdots & a_1 b_n \\ \cdots & \cdots & \cdots \\ a_n b_1 & \cdots & a_n b_n \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1 & -\frac{b_2}{b_1} &-\frac{b_3}{b_1} & \cdots& -\frac{b_n}{b_1} \\ &1& 0 & \cdots & 0 \\ & & \ddots &\ddots&\vdots\\ &&&1& 0\\ &&&&1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} a_1b_1 & \cdots & 0 \\ \cdots & \cdots & \cdots \\ a_n b_1 & \cdots &0 \end{bmatrix} ⎣⎡a1b1⋯anb1⋯⋯⋯a1bn⋯anbn⎦⎤⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎡1−b1b21−b1b30⋱⋯⋯⋱1−b1bn0⋮01⎦⎥⎥⎥⎥⎥⎤=⎣⎡a1b1⋯anb1⋯⋯⋯0⋯0⎦⎤
行变换
[1−a2a11−a3a101⋮⋮⋱⋱−ana10⋯01][a1b1⋯0⋯⋯⋯anb1⋯0]=[a1b10⋯000⋯0⋯⋯⋯⋯00⋯0]
\begin{bmatrix}
1 & & & & \\
-\frac{a_2}{a_1}&1& && \\
-\frac{a_3}{a_1}& 0 & 1 && \\
\vdots &\vdots&\ddots&\ddots&\\
-\frac{a_n}{a_1} &0&\cdots&0&1
\end{bmatrix}
\begin{bmatrix}
a_1b_1 & \cdots & 0 \\
\cdots & \cdots & \cdots \\
a_n b_1 & \cdots &0
\end{bmatrix}
= \begin{bmatrix}
a_1b_1 & 0 &\cdots & 0 \\
0 & 0 & \cdots & 0 \\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots \\
0 & 0 & \cdots &0
\end{bmatrix}
⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎡1−a1a2−a1a3⋮−a1an10⋮01⋱⋯⋱01⎦⎥⎥⎥⎥⎥⎤⎣⎡a1b1⋯anb1⋯⋯⋯0⋯0⎦⎤=⎣⎢⎢⎡a1b10⋯000⋯0⋯⋯⋯⋯00⋯0⎦⎥⎥⎤
记
Pa1=[1−a2a11−a3a101⋮⋮⋱⋱−ana10⋯01],Pb1=[1−b2b1−b3b1⋯−bnb110⋯0⋱⋱⋮101]
P_{a1} = \begin{bmatrix}
1 & & & & \\
-\frac{a_2}{a_1}&1& && \\
-\frac{a_3}{a_1}& 0 & 1 && \\
\vdots &\vdots&\ddots&\ddots&\\
-\frac{a_n}{a_1} &0&\cdots&0&1
\end{bmatrix},
P_{b1} = \begin{bmatrix}
1 & -\frac{b_2}{b_1} &-\frac{b_3}{b_1} & \cdots& -\frac{b_n}{b_1} \\
&1& 0 & \cdots & 0 \\
& & \ddots &\ddots&\vdots\\
&&&1& 0\\
&&&&1
\end{bmatrix}
Pa1=⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎡1−a1a2−a1a3⋮−a1an10⋮01⋱⋯⋱01⎦⎥⎥⎥⎥⎥⎤,Pb1=⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎡1−b1b21−b1b30⋱⋯⋯⋱1−b1bn0⋮01⎦⎥⎥⎥⎥⎥⎤
特征分解与对角化
(abT)a=a(bTa)=(aTb)a
(ab^T)a = a(b^Ta) = (a^Tb)a
(abT)a=a(bTa)=(aTb)a
说明 aaa 是特征值 aTba^TbaTb 对应的特征向量,剩下 n−1n-1n−1个特征向量只要满足和 bbb正交即可!
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