【俗說(shuō)矩陣】矩陣中一個(gè)重要的不等式,你會(huì)證明嗎?

思路(A≠0,B≠0場(chǎng)景)
①后乘矩陣列分塊
AB=0 即可化為 Aβi=0①
其中βi是矩陣B列向量。
②轉(zhuǎn)換至方程組求解
因?yàn)锽≠0,βi必不可能全部要素為0。故①式可理解為AX=0存在非零解(βi替換X作為方程解,也說(shuō)明了“βi是解”這一性質(zhì))。故由方程組定義,存在S(S=n-r(A))個(gè)線性無(wú)關(guān)的解向量ci(i為1到s的整數(shù)),構(gòu)成AX=0的基礎(chǔ)解系。
③βi解的性質(zhì)應(yīng)用(即轉(zhuǎn)換矩陣B的秩,找關(guān)系)
因?yàn)棣耰是方程組AX=0的解,其必可以被基礎(chǔ)解系線性表出。(基礎(chǔ)解系的定義)
故存在一組不全為0的常數(shù)k,使得下式成立:
βi=k1i×c1+k2i×c2+...+ksi×cs(c是向量,k是常數(shù))進(jìn)而可以拆分成兩個(gè)矩陣
βi=(c1,c2,...,cs)×(k1i,...,ksi)T。(其中ci是列向量,前邊一個(gè)括號(hào)內(nèi)是一個(gè)n×s大矩陣,ki是每項(xiàng)前的系數(shù)項(xiàng),這里后邊打轉(zhuǎn)置指這個(gè)是個(gè)s×1的列向量,這個(gè)列向量記作Ki)
進(jìn)而B可表示為
B=C×K,C即(c1,...,cs),K即(K1,...,Kn)
對(duì)于B是n*t階矩陣的場(chǎng)景,C即為n*s階,K為s*t階。
故r(B)≤min{r(C),r(K)}
而r(C)≤min{n,s},r(K)同理
故r(B)≤min{n,s}
且,s=n-r(A),A≠0即A的秩必不為0,故s<n
→r(B)≤s=n-r(A)
得證 r(A)+r(B)≤n,n為A的列數(shù)
注1:該結(jié)論實(shí)際不要求方塊陣,也不要求A或B≠0,對(duì)以上場(chǎng)景恒成立
注2:根據(jù)該結(jié)論也可推知,r(A)=n-1時(shí),r(A*)=1,即A伴隨的秩為1