是不是和你思路一样…证到一半卡壳了,然后猜想了一个结论
在知道上问了,还确实有这么一个结论
@xiAoFeng1352首先证明任意实对称矩阵A的对角元均介于A的最小与最大特征值之间(这个就是我猜的结论):
对于实对称矩阵A,设λ1是最大特征值,λn是最小特征值
根据Rayleigh商的定理,任意单位向量x,有:λ1>=x'Ax>=λn
其中 x' 是x的转置
取 x = ei,也就是向量的第 i 个元素是1,其它都是0的向量。
则 ei' A ei = a_ii,即对角元 a_ii
所以,λ1>= a_ii >=λn
然后来证明题目:
因为A是实对称矩阵,所以存在正交矩阵P,使得P'AP=diag{λ1,λ2,…,λn}(其中λi是A的特征值)
设P'BP=C,且C的第i行第j列元素为cij
则(P'AP)(P'BP)=P'ABP=diag{λ1,λ2,…,λn}C
所以tr(AB)=λ1c11+λ2c22+…+λncnn
显然C也是实对称矩阵,不妨设c=min{c11,…,cnn},则c>=λ
由于A半正定,所以λi>=0
所以tr(AB)=λ1c11+…+λncnn>=λ1c+…+λnc=(λ1+…+λn)c>=(λ1+…+λn)λ=λtr(A)
(【补充:Rayleigh商定理及其证明】:
Rayleigh商定理:
实对称矩阵A,λ1是最大特征值,λn是最小特征值。
对于任何非零向量 x
λ1 >= (x'Ax) / (x'x) >= λn
证明:A可对角化,
A的特征值从大到小依次为:λ1、λ2、...、λn
它们对应的特征向量(单位正交)分别是:{x1、x2、...、xn}
则对于任意向量 x,有:x = a1x1 + a2x2 + ... + anxn
Ax = A(a1x1 + a2x2 + ... + anxn) = a1Ax1 + a2Ax2 + ... + anAxn
=a1λ1x1 + a2λ2x2 + ... + anλnxn
所以:
x'Ax = (a1x1 + a2x2 + ... + anxn)' (a1λ1x1 + a2λ2x2 + ... + anλnxn)
= λ1(a1^2) + λ2(a2^2) + ... + λn(an^2)
所以:
x'Ax <= λ1(a1^2 + a2^2 + ... + an^2) = λ1 (x'x)
x'Ax >= λn(a1^2 + a2^2 + ... + an^2) = λn (x'x)
(来源:百度知道;答题者:xtimz))