解答题 15.设A为m阶实对称矩阵且正定,B为m×n实矩阵,BT为B的转置矩阵,试证:BTAB为正定矩阵的充分必要条件是r(B)=n。
【正确答案】必要性:设BTAB为正定矩阵,则由定义知,对任意的n维实列向量x≠0,有xT(BTAB)x>0,即(Bx)TA(Bx)>0。于是,Bx≠0。因此,Bx=0只有零解,故有r(B)=n。
充分性:因(BTAB)T=BTAT(BT)T=BTAB,故BTAB为实对称矩阵。
若r(B)=n,则线性方程组Bx=0只有零解,从而对任意的n维实列向量x≠0,有Bx≠0。
又A为正定矩阵,所以对于Bx≠0,有(Bx)TA(Bx)>0。于是当x≠0,有xT(BTAB)x=(Bx)TA(Bx)>0,故BTAB为正定矩阵。
【答案解析】