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2.4 关于矩阵扰动分析的预备知识

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 均为误差矩阵, 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。 xEHXa+0gyNcDQ2UN08uzL0+aYIAOpJF6qxFGSl2Hn+1dlI0mYQ1bqz37rOIKLb4v

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