證明 矩陣 AB 與 BA 具有相同的非零特徵值

2021-10-06 09:13:27 字數 1346 閱讀 7773

可以從兩個方面證明該定理,第一種,借助相似矩陣擁有相同特徵值的結論進行(要求 a,b

a,ba,

b 是可逆的);第二種,則從公式 abx

xabx=\lambda x

abx=λx

著手。先講第一種。假設 a,b

a,ba,

b 是可逆的。我們知道矩陣 a

aa 相似於矩陣 p−1

ap

p^ap

p−1a

p,其中 p

pp 為任意的可逆矩陣。所以也存在任意乙個可逆矩陣 m

mm 使得 abab

ab相似於 m−1

ab

mm^abm

m−1abm

,當我們令 m=a

m=am=

a 時有 m−1

abm=

ba

m^abm=ba

m−1abm

=ba,即 abab

ab相似於 baba

ba,進而得證 abab

ab與 baba

ba具有相同的特徵值,而且此時的特徵值均不為零。

第二種,記 a,b

a, b

a,b 分別為 m×n

m \times n

m×n 和 n×m

n \times m

n×m 的矩陣,這裡不要求 a,b

a, b

a,b 均是方陣(即不要求 m=n

m = n

m=n), 從而 a,b

a, b

a,b 也不需要是可逆的 。給定 abab

ab的特徵值和特徵向量 λ,x

\lambda,x

λ,x,使得 abx

xabx=\lambda x

abx=λx

,式子兩端左乘乙個 b

bb,得:

b ab

x=λb

x(1)

babx = \lambda bx \tag

babx=λ

bx(1

)當 λ≠0

\lambda \neq 0

λ​=

0 時,根據式(1)

(1)(1

),可知 λ

\lambda

λ 也是 baba

ba的特徵值,這時 baba

ba的特徵向量是 bxbx

bx,即 abab

ab與 baba

ba具有相同的非零特徵值 λ

\lambda

λ.綜上,得證矩陣 abab

ab與 baba

ba具有相同的非零特徵值。

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