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Condiciones necesarias y suficientes para cuando espectral radio es igual al mayor valor singular.

Un hecho bien conocido acerca de la matriz de las normas es el siguiente:

Si $\lambda_1\geq \dots\geq \lambda_n$ son los autovalores de una matriz cuadrada $A$, entonces:

$$\frac{1}{||A^{-1}||} \leq |\lambda|\leq ||A||$$

Si tomamos nuestra matriz de la norma de la matriz 2-norma, y recordar que la matriz 2 de la norma nos da el mayor valor singular, es decir,$||A||_2=\sigma_1$, el límite superior implica:

$$|\lambda_1|\leq \sigma_1$$

Mi pregunta es: ¿existen las condiciones necesarias y suficientes para cuando la igualdad anterior se mantiene? Yo recuerdo vagamente algo como: $|\lambda_1|=\sigma_1$ fib $\lambda_1$ no es defectuoso, es decir, su multiplicidad algebraica es igual a su multiplicidad geométrica. Sin embargo, no he sido capaz de encontrar una referencia o probar esto. Puede alguien que me señale una referencia o dar una prueba. Gracias de antemano por tu tiempo.

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Algebraic Pavel Puntos 11952

Deje $\mathcal{S}_{\rho}$ ser el subespacio de vectores propios correspondientes a los valores propios $\lambda$ $A$ tal que $\rho(A)=|\lambda|$ y deje $\mathcal{V}_1$ ser el subespacio de izquierda vectores singulares de $A$ asociado con el máximo valor singular $\sigma_1=\|A\|_2$ $A$ (o, si se quiere, el autovector subespacio correspondiente al autovalor $\sigma_1^2$$A^*A$).

Tenemos que $\rho(A)=\|A\|_2$ si y sólo si $\mathcal{S}_{\rho}\cap\mathcal{V}_1\neq\{0\}$ (es decir, la intersección de dos subespacios es no trivial).

Tenga en cuenta que $\|Ax\|_2=\rho(A)\|x\|_2$ todos los $x\in\mathcal{S}_{\rho}$ desde $Ax=\lambda x$ algunos $\lambda$ tal que $|\lambda|=\rho(A)$ $\|Ax\|_2=\sigma_1\|x\|_2$ todos los $x\in\mathcal{V}_1$. También, $\|Ax\|_2<\sigma_1\|x\|_2$ todos los $x\not\in\mathcal{V}_1$.

Por lo tanto, si $\mathcal{S}_{\rho}\cap\mathcal{V}_1$ es no trivial, entonces $\rho(A)\|x\|_2=\sigma_1\|x\|_2$ para algunos distinto de cero $x\in\mathcal{S}_{\rho}\cap\mathcal{V}_1$ y, por tanto,$\rho(A)=\sigma_1$. Por otro lado, si $\mathcal{S}_{\rho}\cap\mathcal{V}_1$ es trivial, entonces cualquier valor distinto de cero $x\in\mathcal{S}_{\rho}$ no está contenido en $\mathcal{V}_1$ e lo $\rho(A)\|x\|_2=\|Ax\|_2<\sigma_1\|x\|_2$ para todos los distinto de cero $x\in\mathcal{S}_{\rho}$, resultando en $\rho(A)<\sigma_1$.

Vamos $$ A=U\Sigma V^* $$ ser el SVD de a $A$ y considerar la posibilidad de la partición $$ A=[U_1,\tilde{U}]\begin{bmatrix}\sigma_1 I_{n_1} & 0 \\ 0 & \tilde{\Sigma}\end{bmatrix}\begin{bmatrix}V_1^*\\\tilde{V}^*\end{bmatrix}, $$ es decir, $$ AV_1=\sigma_1 U_1, \quad\tilde{V}=\tilde{U}\tilde{\Sigma}, $$ donde las columnas de a $V_1$ abarcan el subespacio $\mathcal{V}_1$. Si $\mathcal{S}_{\rho}\cap\mathcal{V}_1$ es trivial, podemos encontrar una transformación unitaria $M\in\mathbb{C}^{n_1\times n_1}$ tal que $V_1M=[V_{\rho},V_{\rho}^{\perp}]$ donde las columnas de a $V_{\rho}$ formulario de una base ortonormales de $\mathcal{S}_{\rho}\cap\mathcal{V}_1$ $V_{\rho}^{\perp}$ se extiende por el resto de $\mathcal{V}_1$. Por lo tanto $$ AV_1M=A[V_{\rho},V_{\rho}^{\asesino}]=\sigma_1 U_1 M = \sigma_1[U_{\rho},U_{\rho}^{\asesino}], $$ donde la partición de $U_1M$ es conforme a la partición de $V_1M$. Desde $Ax=\lambda x$ $|\lambda|=\rho(A)$ todos los $x$ en el rango de $V_{\rho}$, tenemos que las columnas $U_{\rho}$ $V_{\rho}$ están relacionados por $U_{\rho}=V_{\rho}D$ donde $D=\mathrm{diag}(e^{i\phi_1},\ldots,e^{i\phi_k})$ (donde $k$ es la dimensión de la $\mathcal{S}_{\rho}\cap\mathcal{V}_1$).

Por lo tanto, en términos de enfermedad vesicular porcina:

$\rho(A)=\|A\|_2$ fib $A$ tiene una enfermedad vesicular porcina $A=U\Sigma V^*$ con $\Sigma=\mathrm{diag}(\sigma_1,\ldots,\sigma_n)$, $\sigma_1\geq\cdots\geq\sigma_n$, $U=[u_1,\ldots,u_n]$, $V=[v_1,\ldots,v_n]$, tal que $u_j=e^{i\phi_j}v_j$, $j=1,\ldots,k$, para algunos $k>0$.

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Jukka Dahlbom Puntos 1219

Considerar la descomposición de Schur $\DeclareMathOperator{\tr}{tr} A$, es decir, deje $U$ ser unitario y $T$ ser triangular superior tal que $A = UTU^*$. Yo se lo dejo a usted para comprobar que $\|T\|_2 = \|A\|_2$.

Entonces podemos escribir $T$ en forma $$ T = \pmatrix{\lambda_1 & v^*\\0&T'} $$ donde $\lambda_1$ es el autovalor de mayor magnitud, $v$ es un vector, y $T'$ es una pequeña parte superior triangular de la matriz. Deje que el vector $x$ ser arbitrario con $\|x\| = 1$. Podemos escribir $x$ como un bloque de vector en la forma $x^T = (x_1, (x')^T)$. Entonces tenemos $$ T^*T = \pmatrix{|\lambda_1|^2 & (\lambda v)^*\\ \lambda v & vv^* + (T')^*T} $$

$$ x^*T^*Tx = \pmatrix{\overline{x_{1}} y(x')^*} \pmatrix{|\lambda_1|^2 & (\lambda v)^*\\ \lambda v & vv^* + (T')^*T} \pmatrix{x_1\\x'} = \\ |\lambda_1|^2 |x_1|^2 + 2 \text{Re}\left\{\lambda x_1 (x')^* v\right\} + (x')^* [vv^* + (T')^*T'] x' $$ Y la pregunta, entonces, es bajo qué condiciones (en $v$$T'$) podemos garantizar que este total está limitada anteriormente por $|\lambda_1|^2$.

Así, que no es una condición suficiente y necesaria, pero sin duda consigue más cerca.

En particular, podemos decir que si $\|T'\| \leq |\lambda_1|$$v = 0$, luego de su condición será satisfecho, que es más general que indica que $A$ es normal.

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