[詹兴致矩阵论习题参考解答]习题3.3

简介: 3. (Aronszajn) 设 \bex C=\sex{\ba{cc} A&X\\ X^*&B \ea} \eex
\bex C=\sex{\ba{cc} A&X\\ X^*&B \ea} \eex
为 Hermite 矩阵, CMn, AMk. 设 A,B,C 的特征值分别为 \al1\alk, $...

3. (Aronszajn) 设 \bex C=\sex{\ba{cc} A&X\\ X^*&B \ea} \eex

为 Hermite 矩阵, CMn, AMk. 设 A,B,C 的特征值分别为 \al1\alk, β1βnk, γ1γn. 则对于满足 i+j1n 的任意的 i,j, \bexγi+j1+γn\ali+βj.\eex

 

 

证明:

 

(1). 仅须证明在 C 半正定的情形, \beeγi+j1\ali+βj.\eee

事实上, 对一般的 C, \bex C-\gamma_nI =\sex{\ba{cc} A-\gamma_nI&X\\ X^*&B-\gamma_nI \ea} \eex
半正定, 而由 (???), \bexγi+j1γn(\aliγn)+(βjγn),\eex
\bexγi+j1+γn\ali+βj.\eex

 

(2). 当 C 半正定时, 由 Courant-Fischer 极大极小刻画, \bex S\bbCk, dimS=ki+1; T\bbCnk, dimT=(nk)j+1\eex

使得 \bex\ali=maxxS\senx=1xAx,βj=maxyT\seny=1yBy.\eex
\bexzST=\sed\sex˜x˜y\bbCn; ˜xS, ˜yT,\senz=1\eex
可写成 \bexz=\sexsxty;s,t\bbC,|s|2+|t|2=1;xS, \senx=1;yT, \seny=1.\eex
于是 \beex \bea 0\leq z^*Cz&=\sex{\bar sx^*,\bar t y^*} \sex{\ba{cc} A&X\\ X^*&B \ea}\sex{sx\atop ty}\\ &=|s|^2x^*Ax +\bar stx^*Xy +\bar tsy^*X^*x +|t|^2 y^*By\\ &\leq |s|^2\al_i +\bar st\delta +\bar ts\bar \delta +|t|^2\beta_j\quad\sex{\delta=x^*Xy}. \eea \eeex
t0, 则 \bee0zCz|t|2\aliwˉw+δˉw+ˉδw+βj,w=st.\eee
\bexf(w)=\aliwˉw+δˉw+ˉδw+βj,w\bbC,\eex
\beef(w)0, w\bbC.\eee
\bexf\sex1ˉw=\aliˉwwδwˉδˉw+βj0,\eex
\bee|w|2f\sex1ˉw=\aliδˉwˉδw+βjwˉw0.\eee
(???)(???) 联立有 \bex0f(w)+|w|2f\sex1ˉw=(\ali+βj)(1+wˉw),\eex
\bexf(z)(\ali+βj)(1+wˉw),\eex
\bexf\sexst(\ali+βj)\sex1+\sevst2,\eex
\bee|t|2f\sexst\ali+βj.\eee
t=0 时, (???) 也成立. 将 (???)(???) 联立有 \bexzCz|t|2f\sexst\ali+βj, zST:\senz=1.\eex
\beex \bea \dim S\oplus T &=\dim S+\dim T\\ &=(k-i+1)+[(n-k)-j+1]\\ &=n-(i+j-1)+1 \eea \eeex
及 Courant-Fischer 极大极小刻画, \bexγi+j1maxzST\senz=1zCz\ali+βj.\eex

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