题目
设A in mathbb(R)^n times n是对称矩阵,lambda_1和lambda_n分别是A的按模最大和最小特征值(lambda_n neq 0),则(Cond)(A)_2=()。A. |(lambda_1)/(lambda_n)|B. (lambda_1)/(lambda_n)C. (lambda_1^2)/(lambda_n)D. (lambda_1^2)/(lambda_n^2)
设$A \in \mathbb{R}^{n \times n}$是对称矩阵,$\lambda_1$和$\lambda_n$分别是A的按模最大和最小特征值($\lambda_n \neq 0$),则$\text{Cond}(A)_2=$()。
A. $|\frac{\lambda_1}{\lambda_n}|$
B. $\frac{\lambda_1}{\lambda_n}$
C. $\frac{\lambda_1^2}{\lambda_n}$
D. $\frac{\lambda_1^2}{\lambda_n^2}$
题目解答
答案
A. $|\frac{\lambda_1}{\lambda_n}|$
解析
考查要点:本题主要考查对称矩阵的谱条件数的计算,涉及矩阵范数和特征值的相关性质。
解题核心思路:
- 谱条件数的定义:$\text{Cond}(A)_2 = \|A\|_2 \cdot \|A^{-1}\|_2$。
- 对称矩阵的性质:特征值均为实数,且谱范数(即最大奇异值)等于最大特征值的绝对值。
- 逆矩阵的谱范数:$\|A^{-1}\|_2$等于最小特征值绝对值的倒数。
破题关键点:
- 明确对称矩阵的特征值为实数,直接通过特征值计算范数。
- 结合条件数公式,将$\|A\|_2$和$\|A^{-1}\|_2$分别用$\lambda_1$和$\lambda_n$表示。
步骤1:计算$\|A\|_2$
对称矩阵的谱范数$\|A\|_2$等于其最大特征值的绝对值,即:
$\|A\|_2 = |\lambda_1|$
步骤2:计算$\|A^{-1}\|_2$
$A$可逆(因$\lambda_n \neq 0$),其逆矩阵的谱范数等于最小特征值绝对值的倒数,即:
$\|A^{-1}\|_2 = \frac{1}{|\lambda_n|}$
步骤3:计算谱条件数
根据定义:
$\text{Cond}(A)_2 = \|A\|_2 \cdot \|A^{-1}\|_2 = |\lambda_1| \cdot \frac{1}{|\lambda_n|} = \left| \frac{\lambda_1}{\lambda_n} \right|$
选项分析:
- 选项A正确,符合推导结果。
- 选项B未取绝对值,不符合条件数的非负性。
- 选项C、D涉及平方项,与条件数定义不符。