问题 问答题

已知A与B均为n阶正定矩阵,证明AB是正定矩阵的充分必要条件是AB=BA.

答案

参考答案:[证明] 必要性 若A,B,AB均是正定矩阵,则A,B,AB均为对称矩阵,那么
AB=(AB)T=BTAT=BA
必要性成立.
充分性 由AT=A,BT=B,AB=BA,有
(AB)T=BTAT=BA=AB
即AB是对称矩阵.
设λ为矩阵的AB的任一特征值,α是矩阵AB属于特征值λ的特征向量,
即 ABα=λα,α≠0
由A正定,知A可逆且A-1正定,那么
βα=λA-1α
于是αTBα=λαTA-1α
由B,A-1正定,知αTBa>0,αTA-1α>0,故λ>0。所以,矩阵AB的特征值恒大于零,矩阵AB正定。

解析:[评注] 如果熟悉:A正定[*],及A可逆则ATA正定.本题充分性的证明还可如下;
由于A,B均正定,故存在可逆矩阵P与Q使A=PTEP,B=QTEQ,那么
Q(AB)Q-1=Q(PTP)(QTQ)Q-1=(PQT)T(PQT)
记C=PQT,由于P,Q均可逆,知C可逆. CTC正定,于是AB∽CTC。从而AB的特征值全大于0,AB是正定矩阵.

解答题
单项选择题