實數域和有理數域上的正定矩陣

2021-09-06 14:02:14 字數 1015 閱讀 1537

設實半正定矩陣 $a$ 滿足:

$$\bee\label

\alpha\in \bbq^n,\quad\alpha^ta\alpha=0\ra \alpha=0.

\eee$$

證明或否定: $a$ 是正定的.

若 (1) 中的矩陣 $a$ 為有理半正定矩陣, 再回答第一小問.

解答:$a$ 不一定正定. 比如

$$\bex

a=\***

1&e\\

e&e^2\ea}

\eex$$

不正定, 但適合 \eqref. 因為

$$\beex

\bea

&\quad 0=\alpha^ta\alpha=x^2+2exy+e^2y^2\quad(\alpha^t=(x,y\in\bbq^2))\\

&\ra e=-x/y\mboxy=0\\

&\ra x=y=0,\quad \alpha=0.

\eea

\eeex$$

若 $a$ 為有理矩陣, 則結論正確. 經初等變換, 存在可逆有理陣 $p$, 使得 $p^tap=\diag(\lambda_1,\cdots,\lambda_n)$. 由 $a$ 半正定知各 $\lambda_i\geq 0$. 若某 $\lambda_l=0$, 則取

$$\bex

\alpha^t=e_l^tp^t\neq 0,\quad e_l=(\underbrace_},0,\cdots,0),

\eex$$

有$$\bex

\alpha^ta\alpha

=e_l^tp^tape_l

=e_l^t\diag(\lambda_1,\cdots,\lambda_n)e_l=0.

\eex$$

註記:這是我的博士同學 x.n. zeng 在看他的魔鬼數論書是提出並解決的. 但是他的提法有點問題.

你要搞懂我要問的是什麼哦. 我是說 ``任意滿足 $\alpha^tq\alpha=0$ 的有理向量 $\alpha$, 都適合 $\alpha=0$''.

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