满秩分解与奇异值分解

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1、第十二讲满秩分解与奇异值分解一、矩阵的满秩分解1.定义：设，若存在矩阵及，使得，则称其为的一个满秩分解。说明：（1）为列满秩矩阵，即列数等于秩；为行满秩矩阵，即行数等于秩。（2）满秩分解不唯一。（阶可逆方阵），则，且2.存在性定理：任何非零矩阵均存在满秩矩阵证明：采用构造性证明方法。设，则存在初等变换矩阵，使，其中将写成，并把分块成，其中是满秩分解。3.Hermite标准形（行阶梯标准形）设，且满足（1）的前8行中每一行至少含一个非零元素（称为非零行），且第一个非零元素为1，而后行的元素全为零（称为零行）；（1）若中第行的第一个非零元素（即1）在

2、第列，则;（2）矩阵的第列，第列，…,第列合起来恰为阶单位方阵的前列（即列上除了前述的1外全为0）则称为Hermite标准形。例1为Hermite标准形也是Hermite标准形4.满秩分解的一种求法设，（1）采用行初等变换将化成Hermite标准形，其矩阵形式为，其中为Hermite标准形定义中给出的形状；（2）选取置换矩阵的第列为，即该列向量除第个元素为1外，其余元素全为零,其中8为Hermite标准形中每行第一个非零元素（即1）所在的列数；其它列只需确保为置换矩阵即可（的每一行，每一列均只有一个非零元素，且为1）；用右乘任何矩阵（可乘性得到满

3、足时），即可将该矩阵的第列置换到新矩阵（即乘积矩阵）的第列令，即（3）令的前行，则证明：，则，，已知，但，当然可以通过求出再将分块得到，但这样就没必要采用Hermite标准形形式，注意到，则证毕例2求其满秩分解解：（1）首先求出的秩。显然，前两行互相独立，而第三行可由第一行减去第二行得到，故。(2)进行初等变换将化为Hermite标准型。8，即,,(3)求出及由可见，故，验证：而二、酉对角分解与奇异值分解1.厄米矩阵的谱分解8为厄米矩阵，则存在酉矩阵，使将写成列向量形式，即，则2.非奇异矩阵的酉对角分解定理：设为阶非奇异矩阵，则存在阶酉矩阵及，使

4、得（若将写成，则）证：也为阶非奇异矩阵，而且是厄米、正定矩阵，故存在8阶酉矩阵，使为的特征值。令，则令，则即也是酉矩阵，而且证毕酉对角分解的求法正如证明中所给：先对对角化（酉对角化），求出变换矩阵，再令即可。3.一般矩阵的奇异值分解定理：设，则存在阶酉矩阵及阶酉矩阵，使即8证：首先考虑。因为，故，而且是厄米、半正定的，存在阶酉矩阵，使令，则令则，又在的基础上构造酉矩阵，即这由前面基扩充定理可知是可行的，故8其中已知而故定理得证。奇异值分解的求法可按证明步骤求之。作业：P2251(2)，2，5P23318