设A为m×n阶矩阵,B为n×s阶矩阵。

证明西尔维斯特不等式:

R(AB)≥R(A) R(B)-n

遇到这种比较多个矩阵秩的问题,最常用的方法就是利用分块矩阵的初等变换。

因为R(AB)≥R(A) R(B)-n,所以

R(AB) n≥R(A) R(B)

R(AB) n为矩阵AB与单位矩阵E组成的分块矩阵H的秩。

线性代数矩阵秩常用等式和不等式(高等代数矩阵的秩)(1)

矩阵H

R(A) R(B)为矩阵A与矩阵B组成的分块矩阵T的秩。

线性代数矩阵秩常用等式和不等式(高等代数矩阵的秩)(2)

矩阵T

根据题意我们可以知道矩阵H的秩要大于等于矩阵H的秩。

我们对矩阵H进行初等变换

让矩阵H的第二行乘以矩阵A加到第一行

线性代数矩阵秩常用等式和不等式(高等代数矩阵的秩)(3)

让矩阵的第二列右乘以矩阵(-B)加到第二列

线性代数矩阵秩常用等式和不等式(高等代数矩阵的秩)(4)

让矩阵的第一列乘以(-1)

线性代数矩阵秩常用等式和不等式(高等代数矩阵的秩)(5)

由于矩阵的初等变换不改变矩阵的秩,

所以,矩阵H的秩等于矩阵H’的秩。

从而,R(H)=R(H’)

= R(A) R(E)

=R(A) n

=R(AB) n

由于矩阵T的秩为R(A) R(B)

所以,R(T)≤R(A) n

进而,R(T)≤R(H)

所以,R(A) R(B)≤R(AB) n

即,R(AB)≥R(A) R(B)-n

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