主对角占优矩阵

定义

数域$K$上$n$级矩阵

$$ \textbf{A} = \begin{Bmatrix} a_{11} & a_{12} & \cdots & a_{1n} \\ a_{21} & a_{22} & \cdots & a_{2n} \\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ a_{n1} & a_{n2} & \cdots & a_{nn} \end{Bmatrix} $$

若满足

$$ a_{ii} \gt \sum_{j=1, j \neq i}^{n}{a_{ij}},i = 1,2,\cdots,n $$

,则A主对角占优矩阵
此矩阵有一个比较好的性质,那便是

列向量组 $\pmb{\alpha_1,\alpha_2,\cdots,\alpha_n}$ 线性无关

等价的有以下两条

  • $rank\{\pmb{\alpha_1,\alpha_2,\cdots,\alpha_n\}}=n$
  • $|\textbf{A}| \neq 0$

证明:

使用反证法
假设 $\alpha_1,\alpha_2,\cdots,\alpha_n$ 线性相关,则在K中存在存在一组不全为0的数 $\mathit{k_1,k_2,\cdots,k_n}$ ,使得

$$ k_1\pmb{\alpha_1}+k_2\pmb{\alpha_2}+\cdots+k_n\pmb{\alpha_n} = \mathbf{0} $$

不妨设 $|k_l|=\max\{|k_1|,|k_2|,\cdots,|k_n|\} \gt 0$,考虑上式的第
$l$个分量

$$ k_1a_{l1}+k_2a_{l2}+\cdots+k_na_{ln}=0 \\\Rightarrow a_{ll}=-\sum_{j=1,j\neq l}^{n}{\frac{k_j}{k_l}a_{lj}} \\\Rightarrow |a_{ll}| \le \sum_{j=1,j\neq l}^{n}{|\frac{k_j}{k_l}||a_{lj}|} \le \sum_{j=1,j\neq l}^{n}{|a_{lj}|} $$

与已知条件矛盾。因此 $\alpha_1,\alpha_2,\cdots,\alpha_n$ 线性无关。因而它的秩为n。

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