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矩陣范數
來源:互聯網

一般來講矩陣范數除了正定性,齊次性和三角不等式之外,還規定其必須滿足相容性:║XY║≤║X║║Y║。所以矩陣范數通常也稱為相容范數。如果║·║α是相容范數,且任何滿足║·║β≤║·║α的范數║·║β都不是相容范數,那么║·║α稱為極小范數。對于n階實方陣(或復方陣)全體上的任何一個范數║·║,總存在唯一的實數k>0,使得k║·║是極小范數

誘導范數

把矩陣看作線性算子,那么可以由向量范數誘導出矩陣范數,它自動滿足對向量范數的相容性

注:1.上述定義中可以用max代替sup是因為有限維空間的單位閉球是緊的(有限開復蓋定理),從而上面的連續函數可以取到最值。

2.顯然,單位矩陣的算子范數為1。

常用的三種p-范數誘導出的矩陣范數是:

1-范數: (列和范數,A每一列元素 絕對值之和的最大值)(其中第一列元素絕對值的和,其余類似);

2-范數:的最大奇異值 (歐幾里得范數,譜范數,即A'A 特征值λi中最大者λ1的平方根,其中A^H為A的轉置 共軛矩陣);

∞-范數: (行和范數,A每一行元素絕對值之和的最大值)(其中為第一行元素絕對值的和,其余類似);

其它的p-范數則沒有很簡單的表達式。

對于p-范數而言,可以證明,其中p和q是共軛指標。

簡單的情形可以直接驗證:,一般情形則需要利用。

非誘導范數

有些矩陣范數不可以由向量范數來誘導,比如常用的Frobenius范數(也叫Euclid范數,簡稱F-范數或者E-范數): (A全部元素平方和的平方根)。容易驗證F-范數是相容的,但當時F-范數不能由向量范數誘導()。可以證明任一種矩陣范數總有與之相容的向量范數。例如定義是由x作為列的矩陣。由于向量的F-范數就是2-范數,所以F-范數和向量的2-范數相容。

另外還有以下結論:

1、矩陣的譜半徑和范數的關系

定義:A是n階方陣,λi是其特征值,。則稱特征值的絕對值的最大值為A的 譜半徑,記為ρ(A)。注意要將譜半徑與譜范數(2-范數)區別開來,譜范數是指A的最大奇異值,即A^H*A最大特征值的算術平方根。譜半徑是矩陣的函數,但不是矩陣范數。

2、譜半徑和范數的關系是以下幾個結論:

定理1:譜半徑不大于矩陣范數,即。

因為任一特征對。兩邊取范數并利用相容性即得結果。

定理2:對于任何方陣A以及任意正數e,存在一種矩陣范數使得

定理3(Gelfand定理):。

利用上述性質可以推出以下兩個常用的推論:

推論1:矩陣序列… 收斂于零的充要條件是。

推論2:級數 .. 收斂到的充要條件是。

參考資料 >

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