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[再寄小读者之数学篇](2014-10-08 矩阵对称或反对称的一个充分条件)

简介: AMn(F),且对任意的α,βFnαTAβ=0βTAα=0A不是对称矩阵,证明AT=A.

AMn(F),且对任意的α,βFnαTAβ=0βTAα=0A不是对称矩阵,证明AT=A.

证明: [from 龙凤呈祥] 只需说明aii=0aij=aij,ij 由于不对称,不失一般性,不妨设a12a21,那么二者不全为零,不妨设a120. 首先说明a11=0,否则 \beex \bea e_{1}^TAe_{2}-\frac{a_{12}}{a_{11}}e_{1}^TAe_{1} &=e_{1}^TA\left(e_{2}-\frac{a_{12}}{a_{11}}e_{1}\right)=0\\ \Rightarrow \left(e_2-\frac{a_{12}}{a_{11}}e_{1}\right)^TAe_{1}&=0\\ \Rightarrow a_{12}&=a_{21} \eea \eeex 矛盾!所以a11=0.类似可得a22=0. 再说名一定有a12=a21,这个注意到 \beex \bea 0&=a_{11}a_{12}+a_{12}a_{21}-a_{21}a_{12}-a_{22}a_{21}\\ &=\left(a_{21}e_{1}-a_{12}e_{2}\right)^TA(e_{1}+e_{2})\\ \Rightarrow (e_{1}+e_{2})^TA\left(a_{21}e_{1}-a_{12}e_{2}\right)&=0\\ \Rightarrow a_{12}^2&=a_{21}^2 \eea \eeex 又二者不等,所以a12=a210. 再来说明必有a1j=aj1,j=3,,n,如果a1i=ai1=0,那么显然成立.因此只需考虑某个j使得a1j0 的情形即可.那么 \beex \bea 0&=e_{1}^TAe_{2}-\frac{a_{12}}{a_{1j}}e_{1}^TAe_{j}\\ &=e_{1}^TA\left(e_{2}-\frac{a_{12}}{a_{1j}}e_{j}\right)\\ \Rightarrow \left(e_{2}-\frac{a_{12}}{a_{1j}}e_{j}\right)^TAe_{1}&=a_{21}-\frac{a_{12}}{a_{1j}}a_{j1}=0\\ \Rightarrow a_{1j}&=-a_{j1} \eea \eeex 继续重复上面的步骤就可以说明A反对称. 

 

注记: [from torsor] 这是高代教材中的一个定理,你可以参考复旦高代第二版教材的定理10.3.1;如果没有复旦教材的话,可以参考Roman 的《Advanced Linear Algebra, 3rd ed.》第266页的Theorem 11.4.

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