求证A是n阶正定矩阵,则存在 唯一的正定矩阵B,使A=B^2 我会存在性,这里求证唯一性

2个回答

  • 如果存在另外的正定矩阵C,满足A=C^2,下面证明B=C.

    B和C都是正定矩阵,所以都可以完美对角化,都有对应特征值和特征向量.

    因为B^2=A,所以B特征值的平方对应A的特征值,相应的特征向量对应A的相应特征向量.

    因为C^2=A,所以C特征值的平方对应A的特征值,相应的特征向量对应A的相应特征向量.

    因为B和C都正定,所以B特征值实际上都等于C特征值(都是A特征值的正平方根),且特征向量集也完全相等.

    设A某特征值lamda对应特征向量v,则Bv=sqrt(lamda)v,Cv=sqrt(lamda)v,sqrt是平方根的意思.

    BCv=B*sqrt(lamda)v=sqrt(lamda)*Bv=sqrt(lamda)*sqrt(lamda)v=lamda*v.

    CBv=C*sqrt(lamda)v=sqrt(lamda)*Cv=sqrt(lamda)*sqrt(lamda)v=lamda*v.

    所以(BC-CB)v=0,这个v可以取所有A的特征向量.

    因为A正定,所以所有特征向量集v的线性最大无关数是满空间的,所以实际上(BC-CB)v=0就意味着(BC-CB)u=0(其中u是随便取的),这样的话,只可能BC-CB=0了.

    因为BC=CB,所以(B-C)(B+C)=B^2+BC-CB-C^2=0,

    因为B和C正定,故B+C也正定,意味着不可逆且满秩,所以只能B-C=0了.