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我也出个数学题给大家玩玩

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给定矩阵A=
c_0+c_1 -c_1    0     ............ 0
-c_1 c_1+c_2   -c_2   ............ 0
0      ............................ :
:      ............................ :
:      ............................ -c_(N-1)
0     ................... -c_(N-1) c_(N-1)+c_N
其中c_i>0 (i=0,...,N).
求证:矩阵A正定义。


1楼2011-04-16 03:38回复
    矩阵部分没有很对齐
    重新写一个:
    c_0+c_1     -c_1     0      ............ 0
    -c_1      c_1+c_2   -c_2    ............ 0
    0       ................................. :
    :       ................................. :
    :       ............................. -c_(N-1)
    0     .................... -c_(N-1) c_(N-1)+c_N
    因为排版困难,两侧的大括号就不写了。


    2楼2011-04-16 03:41
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      再给点定义概念来辅助解题:
      如果一个属于R^(n*n)的矩阵A(即n*n的实矩阵)是对称的,且对于任何x属于R^n\{0}(即n维非零实向量)有x^T*A*x>0,则称矩阵A正定义。
      若上述条件中的大于改为大于等于,则称矩阵A正半定义。


      3楼2011-04-16 03:49
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        没人做么?
        这道题是我以前上课的一道习题,很多同学做不出来。话说之前那个老师曾对我不尊重,而我必须修这门课,所以决定整学期翘他的课,可他竟然规定作业必须在他的课堂上交,于是我让德国同学帮我去交。那次这道题大家都做不出来,我其实自己也想了好长时间(几十分钟吧)但还是做出来了,就留给帮我交作业的那群同学让他们抄了。可是没想到,因为我当时自己也写得很匆忙,在最后有个小笔误,于是一群人抄我作业的事就露馅了……后来我了解到也有些同学做出来了,用的是数学归纳法,写了两页纸。不过我的方法包括题设也只用了半页纸,嘿嘿……
        


        4楼2011-04-16 11:12
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          其实也不是很难啦,一道很基础很典型的线性代数题目……


          5楼2011-04-16 11:18
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            这东西的确用数归可以做,比如说数归得出顺序主子式全部大于零。
            算出它的顺序主子式Dk的递推式:
            Dk=[Ck+C_(k-1)]D_(k-1)-C_(k-1)^2·D_(k-2)
            变形就可以得到
            Dk-Ck·D_(k-1)=C_(k-1)·[D_(k-1)-C_(k-1)·D_(k-2)]
            那么由于Ck全部大于零,因而只需D2-C2·D1>0,则对全部的k,都有Dk-Ck·D_(k-1)>0,而显然D2-C2·D1=C0·C1>0,因而Dk-Ck·D_(k-1)>0。接下来根据这个式子以及D1=C0+C1>0又可以显然得到Dk>0,因而全部顺序主子式都大于0,因而矩阵正定。


            IP属地:北京6楼2011-04-16 11:44
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              回复:6楼
              不过用数归有点硬算的感觉,我的方法要简单不少,不知道有没有人也能想到,哈哈……


              7楼2011-04-16 11:47
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                回复:7楼
                貌似直接用定义是可以的,X^T·A·X貌似有这样的形式:
                C0·x1^2+C1(x1-x2)^2+C2(x2-x3)^2+...
                于是都大于0了。


                IP属地:北京8楼2011-04-16 11:51
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                  回复:8楼
                  恩,这个好像是对的,比我的方法还简洁了……


                  9楼2011-04-16 12:03
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                    因为当时课堂内容是在讲Cholesky分解,就是说如果一个矩阵A是正定义的,则可以找到一个三角矩阵L(不知道我名词翻译成中文是否准确,就是说只有对角线和一侧有数字,另一侧全是0的矩阵),且后面的一小题就是要算这个L,所以多少往这方面去想了。
                    我是把A拆成了两个矩阵,其实也就分出去了个c_0,然后除掉c_0的矩阵就是对角线为sqrt(c_i)其中i=1,...,N,对角线旁边一条是-sqrt(c_i)其中i=1,...,N-1,于是就是正定义的;而只有个c_0的矩阵是正半定义的。所以加起来A就是正定义的了。


                    10楼2011-04-16 12:11
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                      要是可以用定理的话就很简单了,直接相邻的两行相加(gauss elimination)发现所有的pivot是正的,根据定理这足以说明矩阵正定了


                      11楼2011-04-16 12:52
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                        回复:11楼
                        所以我说这题目其实不难啦……


                        12楼2011-04-16 12:55
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