7 votos

Matriz definida positiva sobre un campo de Arquímedes no

Supongamos $K$ es un no-Arquímedes ordenó campo, y $A$ $n\times n$ matriz cuadrada sobre $K$ tales que (1) todas las entradas de la diagonal de a$A$$1$, y (2) todas las entradas fuera de la diagonal de a $A$ son infinitesimales (es decir, entre los $-\frac1k$ $\frac1k$ para todos los números naturales distintos de cero $k$). Por ejemplo, si $K=\mathbb{R}(x)$ es el campo de funciones racionales, ordenadas con $x$ infinitesimal, a continuación, las entradas fuera de la diagonal de a $A$ podría ser polinomios en $x$ con cero término constante.

De lo anterior se sigue que el $A$ es positiva definida, es decir, que $V^{T} A V > 0$ (en el orden de las $K$) distinto de cero $V\in K^n$? Esto parece intuitivo para mí porque es un "deformaciones infinitesimales de la matriz de identidad", pero no la puedo ver de inmediato cómo demostrarlo.

6voto

orangeskid Puntos 13528

La siguiente declaración es válida en $\mathbb{R}$: si $(a_{ij})$ es simétrica y $a_{ii} > \sum_{j\ne i} |a_{ij}|$ todos los $i$, $(a_{ij})$ es positiva definida. Ahora bien, si tenemos un "algebraica" declaración de validez de más de $\mathbb{R}$, será válido cualquier "real campo cerrado". Esa declaración es $\langle A x, x\rangle > 0$ todos los $x \ne 0$. Pero su ordenó campo puede ser incrustada en un verdadero campo cerrado, por lo que la instrucción es por lo tanto cierto sobre cualquier ordenó campo.

Esta es la filosofía... Pero, probablemente, la declaración puede ser probado directamente, sin todo esto de la "meta" cosas..

$\bf{Added:}$ La diagonal dominante elemento criterio de que es fuerte, como se puede ver mirando a los autovalores de la matriz $(a_{ij}) = (1_{ij})$. Sin embargo, la débil condición es suficiente, por ejemplo $|a_{ij}|< \frac{1}{n-1}$ todos los $i\ne j$. Es suficiente para agregar todas las desigualdades: $$\frac{1}{n-1}\left (x^2_{i} + x^2_{j}\right) + 2 a_{ij} x_i x_j\ge 0$$ for $i<j$, y tenga en cuenta que las desigualdades son estrictas para los no-cero de las variables.

$\bf{Added 2:}$. De hecho diagonal dominante implica positivo es bastante simple. Sólo añadir todas las desigualdades; $$ |a_{ij}| x_{i}^2 + |a_{ij}| x_{j}^2+ 2 a_{ij} x_i x_j\ge 0$$ for all $i< j$ y obtener $$\sum_{i=1}^n s_i x^2_i + \sum_{i<j} 2 a_{ij} x_i x_j\ge 0$$ donde $$s_i = \sum_{j\ne i} |a_{ij}|$$

$\bf{Added 3:}$ También vamos a dar una puramente algebraica prueba de que la diagonal dominante de la matriz por filas, $a_{ii} > \sum_{j\ne i} |a_{ij}|$ todos los $i$) tiene determinante $>0$.

  1. El factor determinante no puede ser $0$. De lo contrario, el sistema de $A x = 0$ tendría un valor distinto de cero de la solución. Obtener una contradicción, teniendo en cuenta la mayor $|x_i|$.

  2. Deformar la matriz a una matriz con determinante positivo, mientras que la preservación de la dominación. La prueba usual utiliza el valor intermedio de la propiedad de los polinomios. Sólo vamos a utilizar esa propiedad para polinomios de grado $1$, válido para todos los pedidos de campo.

Para esto, considere la posibilidad de $t\in [0,1]$ la matriz $A_t$ que difiere de $A$ sólo en la primera fila, que es $(a_{11}, t a_{12}, \ldots, t a_{1n})$. Tenemos $$\det A_t = (1-t) a_{11} \det A' + t \det A$$ where $\det a'$ is the determinant of the matrix $(a_{ij})_{2 \le i,j\le n}$. So we can do an induction argument. $n=1$ case is trivial. Assume true for $n-1$. Then we have $\det'>0$. Therefore, $\det A_0 >0$. We know that $\det A_t \ne 0$ for $t \in [0,1]$ ( determinant of a dominant matrix). We conclude $\det A_t >0$ for all $t \in [0,1]$, and in particular, $\det A_1 = \det a >0$.

4voto

Chappers Puntos 20774

Suponiendo que la matriz es simétrica (ya que sólo la parte simétrica sobrevive en $v^TAv$), podemos aplicar el criterio de Sylvester, utilizando, por ejemplo, la expansión de Laplace y la inducción: $1$, la primera menor de edad, es positiva definida. Suponiendo que el $k$th es positiva definida y puede ser escrito como $1+\epsilon$ donde $\epsilon$ es infinitesimal, entonces la expansión de Laplace en el $k+1$ fila (o columna) de la $(k+1)$st menor de edad le da una expresión de la forma $$ \det{A_k} = 1(1+\epsilon) + \epsilon' = 1+\epsilon'', $$ donde el $\epsilon$s son todos los infinitesimales, ya que cada elemento de la fila aparte de la última $1$ contiene un infinitesimal.

2voto

user1952009 Puntos 81

Yo creo que se puede extender el criterio de $v^T A v > 0$ a la función de los campos de esta manera :

Deje $K = \mathbb{R}(x)$. Para algunos $A \in K^{n \times n}$, vamos a $D$ ser la diagonal de la matriz de raíces de $\det(A-t I) \in K[t]$. A continuación, cada una de las $D_{i,i}$ es en la clausura algebraica $\overline{K}$. Deje $L = K(D_{1,1} ,\ldots, D_{n,n})$.

El orden en $K$ $f \ge g$ si existe $\epsilon > 0$ tal que $\forall |c| \in (0, \epsilon), f(c) \ge g(c)$.

Por lo tanto $\forall v \in K^n, v^T Av > 0$ implica $A(c)$ es positiva definida por $|c| \in (0, \epsilon)$ y, por tanto,$A(c) = P(c) D(c) P(c)^T$$D(c) > 0$, donde las columnas de a $P(c)$ son algunos de los vectores propios de a $A(c)$.

Suponiendo que el $D_{i,i}$ son distintas, es evidente $ (A-D_{i,i} I)P_i = 0$ es una ecuación lineal, de modo que $P \in L^{n \times n}$. Si el $D_{i,i}$ son no son distintas, a continuación, $P \in L^{n \times n}$ se mantiene fiel.

Finalmente, $A(c) =P(c) D(c) P(c)^T$ en un intervalo implica (por la continuación analítica) $A = P D P^T$ $L$

(donde$D(c) > 0$$|c| \in (0,\epsilon)$, lo que acerca de $D(c)$ otros $c$ ? También hace $D > 0$ tienen sentido, es decir,. es $L$ ordenado ?)

2voto

Hurkyl Puntos 57397

Aquí es cómo utilizar infinitesimales para hacer un argumento simple. Para fijar una escala, tenga en cuenta que basta para probar $V^T A V > 0$ sólo para esos vectores $V$ cuyo mayor componente (valor absoluto) es $1$.

Sea $R$ el anillo de los números finitos y $M$ el ideal (máximo) de los números infinitesimales. Tenga en cuenta que todas las matrices y vectores tienen componentes en $R$.

Definir $E = A - I$. A continuación,

$$ V^T A V = V^T V + (V^T E V) \equiv V^T V \pmod M $$

Desde $V^T V \geq 1$, concluimos $V^T A V$ es positiva.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X