解答题 7.设A,B是两个n阶实对称矩阵,并且A正定.证明:
(1)存在可逆矩阵P,使得PTAP,PTBP都是对角矩阵;
(2)当|ε|充分小时,A+εB仍是正定矩阵.
【正确答案】(1)因为A正定,所以存在实可逆矩阵P1,使得P1TAP1=E.作B1=P1TBP1,则B1仍是实对称矩阵,从而存在正交矩阵Q,使得QTB1Q是对角矩阵.令P=P1Q,则
PTAP=QTP1TAP1Q=E,PTBP=QTP1TBP1Q=QTB1Q.因此P即所求.
(2)设对(1)中求得的可逆矩阵P,对角矩阵PTBP对角线上的元素依次为λ1,λ3,…,λn,记
M=max{|λ1|,|λ2|,…,|λn|}.
则当|ε|<1/M时,E+εPTBP仍是实对角矩阵,且对角线上元素1+ελi>0,i=1,2,…,n.于是E+εPTBP正定,PT(A+εB)P=E+εPTBP,因此A+εB也正定.
【答案解析】