17-正交矩阵和Gram-Schmidt正交化 (2)

17-正交矩阵和Gram-Schmidt正交化

$R=Q^TA=\left[\begin{array}{l}{q_1^T} \\ {q_2^T} \\ {q_3^T}\end{array}\right][a_1\space a_2\space a_3]$

 q和a本身也是列向量,得出结果并不那么直观,可以展开表达:

17-正交矩阵和Gram-Schmidt正交化

 下面我们来研究一下$R$中各个元素的值:我们知道$q_1,q_2,q_3$相互正交,所以$q_1^Tq_2=0, q_1^Tq_3=0$

 而$q_1$只是$a_1$的单位化,所以:

$a_1^Tq_2=0$

$a_1^Tq_3=0$

 前面我们在求解$q_2$的过程中利用了向量相减,我们应该可以看出$q_2$是$a_2$和$q_1$的线性组合,转置后$q_2^T$是$a_2^T$和$q_1^T$的线性组合,即:

$q_2^T=t_1a_2^T + t_2q_1^T$

如果$t_1=0$,则$q_2$与$q_1$线性相关,不符合标准正交向量的前提,所以$t_1$不等于$0$

$q_2^Tq_3=(t_1a_2^T + t_2q_1^T)q_3=t_1a_2^Tq_3 + t_2q_1^Tq_3=0$

所以:$a_2^Tq_3=0$

 $a_2^Tq_2$和$a_3^Tq_3$不为0,如果是0,就没必要正交化了。$q_3$是$a_3$和$q_1$,$q_2$的线性组合,转置后相当于$q_3^T$是$a_3^T$和$q_1^T$,$q_2^T$的线性组合:

$q_3^T=t_1a_3^T + t_2q_1^T + t_3q_2^T$

$q_3^Tq_2=(t_1a_3^T + t_2q_1^T + t_3q_2^T)q_2=t_1a_3^Tq_2 + t_2q_1^Tq_2 + t_3q_2^Tq_2 = t_1a_3^Tq_2 + 0 + t_3q_2^Tq_2 = t_1a_3^Tq_2 + t_3q_2^Tq_2=0$

所以:$t_1a_3^Tq_2 = - t_3q_2^Tq_2$ 均不等于$0$

所以:

17-正交矩阵和Gram-Schmidt正交化

 分解实例:求矩阵$A$的$QR$分解

17-正交矩阵和Gram-Schmidt正交化

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