Relación entre los valores propios máximos de la matriz definida positiva simétrica AAA y BAB†BAB†BAB^\dagger

Suponer A es una matriz definida positiva simétrica de norte × norte dimensiones. Matriz B R metro × norte es una matriz de valor real de rango completo con metro estrictamente menor que norte , es decir, metro < norte .

A través de los experimentos de Montecarlo, me di cuenta de que

λ máximo ( A ) λ máximo ( B A B ) ,
dónde λ máximo ( ) denota el valor propio máximo del argumento. Además, matriz B representa el pseudo-inverso de B , es decir, B = B T ( B B T ) 1 .

Me pregunto de dónde viene esta desigualdad.

Para más ilustración, se puede ejecutar el siguiente código corto en Matlab.

n=30; 
m=29;
c=0;

for i=1:1000;

  Q = randn(n,n);
  eigen_mean = 0.1; %can be made anything, 
   A = Q' * diag(abs(eigen_mean+randn(n,1))) * Q;  %A random symmetric positive definite   
   B=randn*randn(m,n);

      if max(eig(A))< max(eig(B * A * pinv(B)))
                 c = c +1 ;
      end
end

c

Cada vez C se devuelve zeor, ya que λ máximo ( A ) aparentemente nunca es más pequeño que λ máximo ( B A B ) .

Qué es B ? Además, ¿está implícito simétrico por definido positivo?
Como se ha mencionado más arriba, B es la pseudo-inversa de la matriz B . Además de ser definida positiva, la matriz A también es simétrico. Edité la pregunta. Gracias.
Observe que esta fórmula para el pseudo-inverso se aplica solo si B es rango completo.
Gracias de nuevo. Matriz B se garantiza que tendrá una clasificación completa en mi solicitud que olvidé mencionar. Editado!

Respuestas (1)

Dejar C = B A B + = B A B T ( B B T ) 1 . Tenga en cuenta que B A B T y ( B B T ) 1 son metro × metro simétrico > 0 matrices y, por tanto, su producto C es diagonalizable y sólo tiene > 0 valores propios.

Más precisamente, C es similar a la siguiente > 0 matriz simétrica

S = ( B B T ) 1 / 2 B A B T ( B B T ) 1 / 2 = [ ( B B T ) 1 / 2 B ] A [ ( B B T ) 1 / 2 B ] T .

Para cada vector X R metro , X T S X = y T A y dónde y = [ ( B B T ) 1 / 2 B ] T X .

Entonces X T S X ρ ( A ) | | y | | 2 dónde | | y | | 2 = X T ( B B T ) 1 / 2 B B T ( B B T ) 1 / 2 X = | | X | | 2 y hemos terminado.

Solo para hacerlo más legible, S = X 1 [ B A B T ( B B T ) 1 ] X con X = ( B B T ) 1 / 2 . ¡Gran respuesta! +1
¡Qué buena solución! Muchas gracias
Gracias por los elogios anteriores.