设 是 矩阵。证明:存在 矩阵 ,使得
先化到标准形。 记 。任何矩阵都与它的秩标准形等价:存在可逆矩阵 ()与 (),使得
和 记录的正是把 消成这个分块形式所做的行变换与列变换。
先把问题在 上解决。 定义 矩阵
——同样的分块形状,只是把两个维数交换了,这正是让乘法能对上的关键。按分块乘法有 ,于是
因为用这个幂等的投影矩阵去左乘 ,并不会动到 唯一的非零块。
把结论搬回 上。 由 得 。定义
它的尺寸是 ,正是题目要求的形状。注意写的是 ,不是 ——那个把维数交换过的分块矩阵,才是让维数对得上的关键。
代入验证 。 把两个表达式都代进去,成对的逆矩阵相互抵消:
这里用到了 、,以及第 2 步得到的恒等式 。证毕。
说清楚这个命题主张了什么、又没有主张什么。 这样的 称为 的广义逆(或 -逆)。它一般不唯一——换一组 按 造出来的 同样成立,而当 时,那些自由的块会给出无穷多个。只有当 是可逆方阵()时,它才与 重合。
数值验证。 Moore–Penrose 伪逆就是一个具体的这样的 。对形状分别为 (秩 2)、(秩 3)和 (秩 1)的随机矩阵,计算 得到的元素大小都在 以下——就是机器零,与定理预言的一致。
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