对称广义特征值问题是否有西尔维斯特惯性定律的推广?

计算科学 线性代数 本征系统
2021-12-06 08:02:18

我知道为了解决对称特征值问题Ax=λx,我们可以使用西尔维斯特惯性定律,即A少于a等于否定条目的数量D其中对角矩阵D来自 LDL 分解AaI=LDLT. 然后,通过二分法,我们可以根据需要找到全部或部分特征值。我想知道对于对称广义特征值问题是否存在西尔维斯特惯性定律的推广,即解决Ax=λBx, 在哪里AB是对称矩阵。谢谢。

2个回答

是的,如果铅笔是确定的,即,如果AB是厄米特和B是肯定的。然后签名AσB对特征值问题有相同的解释(AλB)x=0就像在这种情况下B=I. 这种更一般的结果适用于任何确定的非线性特征值问题A(λ)x=0. 请参阅我的书的第 5.3 节

Arnold Neumaier,数值分析导论,剑桥大学。出版社,剑桥 2001。

为了(AλB)x=0,我的断言的证明可以从 Jack Poulson 给出的论点中推导出来,注意到CσIAσB是全等的,因此具有相同的惯性。

特别是,可以直接计算惯性AσB,并且不需要 Cholesky 分解B来形成C. 确实,如果B是病态的,那么数值形成C降低惯性测试的质量。

在这种情况下B是 Hermitian 和正定的,Cholesky 因式分解B, 说B=LLH, 给出

Ax=LLHxλ,

并且可以操纵这个方程来表明

(L1ALH)(LHx)=(LHx)λ,

应该清楚的是CL1ALH保持对称性A, 也有与铅笔相同的光谱(A,B). 这样,成型后C, 通过 Cholesky 分解和双边三角求解, 您可以直接将 Sylvester 惯性定律应用于C收集有关铅笔特征值的信息(A,B).

请注意,由于西尔维斯特的惯性定律对于同余变换是不变的,例如,SSH, 那么矩阵C是一致的A通过转型L1LH, 所以C具有相同的惯性A. 但是,如果惯性CσI是需要的,对于一些非零移位σ,那么我们就不能再简单地考虑A.