请你仔细解决这道题这对我很很重要:若 $n > 1$ 正整数, $x, y \in \mathbb{...
Tạo vào: 21 tháng 4, 2025
Tạo vào: 21 tháng 4, 2025
请你仔细解决这道题这对我很很重要:若 正整数, , . 证明
请你仔细解决这道题这对我很很重要:若 正整数, , . 证明
pythondef compute(x,y): A = np.eye(len(x)) - np.outer(x, y.conj())/(y.conj().T @ x) return la.norm(A,2) for _ in range(5): x = np.random.randn(5)+1j*np.random.randn(5) y = np.random.randn(5)+1j*np.random.randn(5) if abs(y.conj().T @ x)>1e-6: break val = compute(x,y) ratio = la.norm(x)*la.norm(y)/abs(y.conj().T @ x) val, ratio (2.609518459835824, 2.609518459835824)
pythondef eigenvalues_AstA(x,y): A = np.eye(len(x)) - np.outer(x, y.conj())/(y.conj().T @ x) return np.linalg.eigvals(A.conj().T @ A) eigs = eigenvalues_AstA(x,y) eigs array([ 6.80958659e+00+2.28072117e-16j, -4.58559401e-16-1.09160789e-16j, 1.00000000e+00-5.55111512e-17j, 1.00000000e+00-2.22044605e-16j, 1.00000000e+00+8.32667268e-17j])
pythondef find_vector(x,y): n = len(x) u = x/la.norm(x) v = y/la.norm(y) beta = np.vdot(v,u) A = np.eye(n) - np.outer(u, v.conj())/beta # compute eigenvectors of A^*A vals, vecs = la.eig(A.conj().T @ A) # find vector with eigenvalue approx s^2 large_index = np.argmax(np.abs(vals)) return vals[large_index], vecs[:,large_index] s2, vec = find_vector(x,y) s2 (6.809586592223928-3.1115253030788085e-17j)
pythonvec_proj_u = np.vdot(x/la.norm(x), vec) vec_proj_v = np.vdot(y/la.norm(y), vec) vec_proj_u, vec_proj_v ((2.7755575615628914e-17+2.7755575615628914e-17j), (-0.3811171190859335+0.8413667147184378j))
证明思路提纲
把问题写成求最大奇异值
记
(这里 表示最大奇异值, 表示最大特征值。2‑范数等于最大奇异值是教材定义。)
把 写成秩‑2 的显式形式
设
则
其中
因此 最多是 秩‑2 的扰动,只需在 上求特征值。
选一组正交基并求 的矩阵表达式
令
取
得到正交基 (当 与 共线时,下面的极限形式仍然成立)。
在此基下
计算 的非平凡特征值
而
其余方向:
取平方根得到最大奇异值
极端情形检查
因此
证毕。