本节将介绍关于矩阵扰动分析的预备知识。所谓矩阵扰动分析,就是将一个受到误差扰动的矩阵表示成关于误差项的闭式形式(通常是多项式形式),在误差不是很大的情况下,通常保留误差的一阶项即可,该方法可称为一阶扰动分析,这也是本书中主要采取的方法。
首先给出一个关于逆矩阵求导的结论,具体可见如下命题。
【命题2.15】 设矩阵 是关于标量 的连续可导函数,并且 可逆,则有如下导数关系式:
(2.71)
【证明】 首先根据逆矩阵的定义可知 ,将该等式两边对 求导可得
(2.72)
证毕。
基于命题2.15可以得到如下结论。
【命题2.16】 设可逆矩阵 ,该矩阵受到误差矩阵 的扰动变为 ,并假设 仍然为可逆矩阵,则有如下关系式:
(2.73)
式中省略的项为误差矩阵 的二阶及其以上各阶项。
【证明】 首先可以将矩阵 表示为
(2.74)
然后结合一阶泰勒级数展开和式(2.71)可得
(2.75)
式中, 表示误差矩阵 的二阶及其以上各阶项。将式(2.74)代入式(2.75),可知式(2.73)成立。证毕。
当有多个受到误差扰动的矩阵相乘时,一阶扰动分析方法可以忽略各个误差矩阵之间的交叉项,下面总结一些主要结论。
设矩阵 , , ,其中 、 及 均为误差矩阵, 和 均为可逆矩阵。在一阶扰动分析框架下可以得到如下一系列关系式:
(2.76)
(2.77)
(2.78)
式(2.76)~式(2.78)将在本书中多次使用。