第二次数学作业

发布 2022-07-12 23:35:28 阅读 8980

1. 证明:

证明:记,根据向量范数的定义有:

设中的最大值为,其值为a(1kn),即=a. 则有:

=a所以。根据有:

n所以。因此得证。

2. 证明:

2).并说明与相容。

证明:(1)先证。记,==

n==所以。

1)根据矩阵范数的定义:

因此存在,使=.根据(※)式:

即。2)同理,存在,使=.根据(※)式:

所以得证。2)设非负的对称阵的特征值从大到小排列为, ,则其均为非负实数。

则tr()=

1)根据矩阵的迹等于所有特征值之和有:

tr()=tr()=n= n

n= n因此。

因此。得证。

3)与相容,因此:

则与相容。3. 设a对称正定,记=,.证明为上一种范数,若非正定则如何?

解:(一)证明:

1)由于a对称正定,则=0,.

当且仅当时, =0.即=0

则范数的正定性可证。

则范数的齐次性可证。

3)由a为对称阵有:

构造以下二次型内积:

成立。因此:

即。根据(※)式有:

即。范数的三角不等式可证。

根据(1)、(2)、(3)证明为上一种范数。

二)若a非正定,根据=的定义有:

0,当时, =0,而反过来不一定成立,即不是=0成立的充要条件。因此不满足正定性,不能证明为上一种范数。

但是a虽非正定,仍满足齐次性与三角不等式。

4. 不等式1和是否一定成立?证明你的结论。

证明:根据定理1.6,设为上任一种矩阵范数,对于有:

1)对于单位矩阵i,其特征值为1,即=1,根据式(※)因此不等式1恒成立。

2)当为非奇异矩阵时,其逆矩阵存在。此时:

由于(1)中已证明1恒成立,且根据矩阵范数的相容性有:

即。当0时:

因此当非奇异,且不为0时, 一定成立。

5. 设,,定义为:

计算,和,并证明1.解:

由于各项之间为等比数列,公比为q,q=。按照等比数列求和公式:

则:由第2题中结论有:

所以1。

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