Last updated on November 30, 2023 1:25 PM
等价关系
集合 S 上的一个二元关系 ∼ 若具有下述性质:∀a,b,c∈S,有
- 反身性:a∼a;
- 对称性:a∼b⟹b∼a;
- 传递性:a∼b∧b∼c⟹a∼c。
称 ∼ 为 S 上的一个等价关系。对于 a∈S,称 a={x∈S∣x∼a} 为 a 确定的等价类。
取 a,b∈S,要么 a=b,要么 a∩b=∅。
等价关系可以将集合 S 划分成若干个等价类,记作 π∼(S)。
相抵
若经过一系列初等行/列变换,A 能够变成 B,则称 A 与 B 相抵,即存在可逆矩阵 P,Q s. t. PAQ=B。相抵关系为 Mm×n(K) 上的等价关系。
若 rank(Am×n)=r,则 A 与 [Ir000]m×n 相抵。右者称为 A 的相抵标准型。
相抵的矩阵有相同的秩,所以 Mm×n(K) 被划分成了 1+min{m,n} 个等价类。
广义逆
对于可逆阵 A,有 AA−1A=A。对于不可逆的,我们尝试找到替代物 X 使得 AXA=A。
这个方程是一定有解的。设 A 为 s×n 矩阵。如果 rank(A)=r,且 A=P[Ir000]Q,则 X=Q−1[IrC(n−r)×rBr×(s−r)D(n−r)×(s−r)]P−1。B,C,D 是任取的。
证明:设 G 为一个解,则
P[Ir000]QGP[Ir000]Q=P[Ir000]Q
左乘 P−1,右乘 Q−1,则
[Ir000]QGP[Ir000]=[Ir000]
将 QGP 写成分块矩阵的形式,即 QGP=[Hr×rC(n−r)×rBr×(s−r)D(n−r)×(s−r)],我们有
[Ir000][HCBD][Ir000][H000]=[Ir000]=[Ir000]
所以 H=Ir。验证 B,C,D 任意取也是成立的并不难。
这样的解 X 称为 A 的一个广义逆矩阵,即为 A−。
所以其实广义逆是很多的。但是如果 A∈Ms×n(C),则下列方程组
⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎧AXA=AXAX=X(AX)T=AX(XA)T=XA
称为 A 的 Penrose 方程组,其解称为 A 的 Moore-Penrose 广义逆,记作 A+。前面提到过,这就是一个最好的逆。
- 若 A 列满秩,则 A+=(ATA)−1AT;
- 若 A 行满秩,则 A+=AT(AAT)−1;
- 若 A 可以分解为 A=BC,B 列满秩,C 行满秩,则 A+=C+B+。