问题 问答题

设A是n阶实对称矩阵,证明秩r(A)=n的充分必要条件是存在n阶矩阵B,使AB+BTA是正定矩阵.

答案

参考答案:[证明] 必要性若秩r=(A)=n,则A可逆,那么取B=A-1,由于AT=A,有
AB+BTA=AA-1+(A-1)TA=E+(AT)-1A=E+A-1A=2E
知AB+BTA是正定矩阵.
充分性 若AB+BTA是正定矩阵,则AB+BTA是对称矩阵.因此,xT(AB+BTA)x是二次型的矩阵表示,且其为正定二次型。
那么,[*]α≠0,恒有αT(AB+BTA)α>0.亦即
αT(AB+BTA)α=αTABα+αTBTAα=αTATα+αTβT
=(Aα)T(Bα)+(βα)T(Aα)=2(Bα)T(Aα)>0
所以,[*]α≠0,必有Aα≠0。
故齐次线性方程组Ax=0只有零解,因此矩阵A的秩r(A)=n.

解析:[评注] 在处理二次型正定时,要熟悉特征值法和定义法。

问答题
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