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Mayor valor propio de una matriz hermítica

Tengo dos Toeplitz positiva semi-definida Hermitian matrices $\mathbf{R}_1, \mathbf{R}_2 \in \mathbb{C}^{M \times M}$. De hecho, son las matrices de covarianza satisfing las siguientes condiciones:

(1) ${\mathop{\rm diag}\nolimits}\{\mathbf{R}_1\} = d_1 \mathbf{I}_M$ ${\mathop{\rm diag}\nolimits}\{\mathbf{R}_2\} = d_2 \mathbf{I}_M$ donde $d_1$ $d_2$ son números reales.

(2) Las entradas fuera de la diagonal de la matriz de covarianza son complejos con valor absoluto no más grande que la diagonal entires. En otras palabras, el ij-ésimo elemento de a $\mathbf{R}$, es decir,$r_{ij}, \forall i\neq j$, satisface $|r_{ij}| \leq d$ donde $d$ es la diagonal de elemento(s) de $\mathbf{R}$.

Estoy interesado en el mayor autovalor (o espectral de la norma), de la siguiente matriz: $$\mathbf{R}_1 (\mathbf{R}_1 + \mathbf{R}_2 +\mathbf{I}_M)^{-2} \mathbf{R}_1,$$ donde $\mathbf{I}_M$ es la matriz identidad.

He probado con Matlab y se observa que el mayor autovalor es siempre menor que 1. Sin embargo, yo no podía demostrarlo. Hay alguien que me puede mostrar el camino? Gracias!

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Bernhard Puntos 638

Un primer paso podría ser el siguiente: corolario de Weyl es autovalor de las desigualdades (ver, por ejemplo, Horn & Johnson, segunda edición, Corolario 4.3.15), es que el mayor autovalor de una suma de matrices es como mínimo tan grande como la suma de la mayor autovalor de una de las matrices y el menor autovalor de la otra matriz, es decir,

$$ \lambda_M(R_1+R_2)\ge\lambda_M(R_1)+\lambda_1(R_2) $$

Dado que las matrices de covarianza de las matrices, que son positivos semidefinite, y, por tanto,$\lambda_1(R_2)\ge0$.

Tenga en cuenta que usted puede fácilmente omitir la matriz identidad por sólo agregarlo a la matriz $R_2$. Tomar nota además de que, desde todas las matrices que intervienen son simétricas,

$$ R_1(R_1+R_2)^{-2}R_1 = R_1(R_1+R_2)^{-1}(R_1+R_2)^{-1}R_1 = R_1(R_1+R_2)^{-1}\left(R_1(R_1+R_2)^{-1}\right)^T. $$

Por lo tanto, por el momento, podría ser suficiente para determinar el mayor autovalor de a $R_1(R_1+R_2)^{-1}$ y, a continuación, utilice el Corolario de Gelfand la fórmula de obligado

$$ \lambda_M\left(R_1(R_1+R_2)^{-1}\left(R_1(R_1+R_2)^{-1}\right)^T\right) \le \lambda_M(R_1(R_1+R_2)^{-1})^2. $$

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