5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7.P2]

5.7.問題25.7.P2.\(M_n\) 上のベクトルノルム \(G(\cdot)\) と \(A \in M_n\)、\(\epsilon > 0\) が与えられたとき、正の定数 \(K(\epsilon, A)\) が存在して、すべて...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7.P1]

5.7.問題15.7.P1.\(M_n\) 上のベクトルノルム \(G(\cdot)\) と、0でない \(z \in \mathbb{C}^n\) が与えられている。このとき、関数\|x\| = G(x z^*)が \(\mathbb{C...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7]問題集

5.7.問題集5.7.P1. \(M_n\) 上のベクトルノルム \(G(\cdot)\) と、0でない \(z \in \mathbb{C}^n\) が与えられている。このとき、関数\|x\| = G(x z^*)が \(\mathbb{...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7.20]定理:スペクトル優越ノルムの必要十分条件

5.7.20定理 5.7.20. \(M_n\) 上のノルム \(G(\cdot)\) はスペクトル優越であることと、各 \(A \in M_n\) に対して、正の定数 \(\gamma_A\)(A と G(\(\cdot\)) のみに依存...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7.19]補題:スペクトル優越ノルムと半単純でない固有値

5.7.19補題 5.7.19. \(G(\cdot)\) を \(M_{n}\) 上のスペクトル優越ノルムとし、\(A \in M_{n}\) を与え、\(\lambda\) を \(|\lambda| = \rho(A)\) を満たす ...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7.18]定理:\(C_n\) 上の任意のノルムは、行列ノルムでない \(M_n\) 上のベクトルノルムと互換である

5.7.18定理 5.7.18. \(C_{n}\) 上の任意のノルムは、行列ノルムでない \(M_{n}\) 上のベクトルノルムと互換である。証明\(\|\cdot\|\) を \(C_{n}\) 上の任意のノルムとし、主対角がゼロの置換...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7.17]定理:ベクトルノルムと互換なノルムの存在条件

5.7.17定理 5.7.17. \(M_{n}\) 上のベクトルノルム \(G(\cdot)\) が、ある \(C_{n}\) 上のノルムと互換であるのは、不等式 (5.7.15) を満たす場合に限る。証明一方向はすでに (5.7.14)...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7.16]補題:行列ノルムに関する評価

5.7.16補題 5.7.16. \(G(\cdot)\) を \(M_n\) 上のベクトルノルムとし、(5.7.15) を満たすと仮定する。このとき、有限で正の定数 \(\gamma(G)\) が存在して、すべての \(A_1, A_2,...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7.14]定理:両立するノルムとスペクトル優越性

5.7.定理 5.7.14. \(G(\cdot)\) を \(M_n\) 上のノルムとし、\(\|\cdot\|\) を \(\mathbb{C}^n\) 上のノルムとする。もし \(G(\cdot)\) が \(\|\cdot\|\) ...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7.13]定理:行列ノルムとベクトルノルムの両立性

5.7.13定理 5.7.13. \(\| \cdot \|\) が \(M_n\) 上の行列ノルムであるならば、それと両立する \(\mathbb{C}^n\) 上のノルムが存在する。また、\(\mathbb{C}^n\) 上のノルム \...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7.12]定義:ノルムの両立性(compatible norm)

5.7.12定義 5.7.12. \(\mathbb{C}^n\) 上のノルム \(\| \cdot \|\) と、\(M_n\) 上のベクトルノルム \(G(\cdot)\) が次を満たすとき、これらは両立(compatible)であると...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7.11]定理:ベクトルノルムを行列ノルムに変換する条件

5.7.11定理 5.7.11. \(G(\cdot)\) を \(M_n\) 上のベクトルノルムとする。c(G) = \max_{G(A) = 1 = G(B)} G(AB)と定義する。このとき、正の実数スカラー \(\gamma\) に...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7.10]定理: プレノルムとスペクトル半径の関係

5.7.10定理 5.7.10. \(f\) が \(M_n\) 上のプレノルム、特にベクトルノルムであるならば、すべての \(A \in M_n\) に対して次が成り立つ:\lim_{k \to \infty} \bigl^{1/k} =...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7.8]定理: 行列上のプレノルムと行列ノルムの関係

5.7.8定理 5.7.8. \(f\) を \(M_n\) 上のプレノルム、すなわち \(M_n\) 上で正値性・斉次性・連続性 (5.4.4) を満たす実数値関数とする。また、\(\| \cdot \|\) を \(M_n\) 上の行列...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.7]行列上のベクトルノルム

目次5.7.85.7 行列上のベクトルノルム行列に対して「大きさ」を定義するためには、ノルムのすべての公理が必要ですが、ある重要な応用では、行列ノルムにおける劣乗法則(submultiplicativity)は必ずしも必要ではありません。例...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6]注記

Further Readings誘導ノルム間の上界の問題(5.6.18)に関するさらなる議論は、H. Schneider および G. Strang, "Comparison theorems for supremum norms," Nu...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6.P58]

5.6.問題585.6.P58(a) \(A, B \in M_2\) の例を挙げ、\(\|AB\|_2 \neq \|BA\|_2\)(フロベニウスノルム)となることを示せ。(b) \(A, B \in M_n\)、\(A\) は正規、\...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6.P57]

5.6.問題575.6.P57\(A \in M_n\) の固有値を \(|\lambda_1| \ge \cdots \ge |\lambda_n|\) の順に並べ、特異値を \(\sigma_1 \ge \cdots \ge \sigm...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6.P56]

5.6.問題565.6.P56 \(\| \cdot \|\) を \(M_n\) 上の自己共役行列ノルム(例えば、ユニタリ不変行列ノルム)とする。このとき、すべての \(A \in M_n\) に対して次を示せ:\|A\|_2 \le \...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6.P55]

5.6.問題555.6.P55与えられた行列ノルム \(\| \cdot \|\) を \(M_m\) 上で考える。関数 \(N(\cdot) : M_{mn} \to \mathbb{R}\) を次のように定義する:各 \(A \in M...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6.P54]

5.6.問題545.6.P54(5.6.P49) でベクトル \(x_0\) と \(y_0\) の存在を保証する一般原理は、コンパクト集合のデカルト積がコンパクトであることである。この場合のコンパクト集合は、ノルム \(\|\cdot\|...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6.P53]

5.6.問題535.6.P53 最大行和ノルムの場合の (5.6.P49) の構成を示す。行列A = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1/2 \end{pmatrix}に対して、\(x_0 = ^T\)、\(y_0...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6.P52]

5.6.問題525.6.P52 スペクトルノルムの場合の (5.6.P49) の構成を示せ。非特異 \(A \in M_n\) を特異値分解 \(A = V \Sigma W^*\)(2.6.3.1)とすると、\(x_0\) を \(V\)...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6.P51]

5.6.問題515.6.P51任意の非特異 \(A \in M_n\) に対して \(\mathrm{dist}_{\|\cdot\|}(A, S_n) = \|A^{-1}\|^{-1}\) が成立する場合に限り、行列ノルム \(\|\c...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6.P50]

5.6.問題505.6.P50\(\| \cdot \|\) が誘導でない行列ノルムの場合、(5.6.26) より、すべての \(A \in M_n\) に対して \(N(A) \le \|A\|\) となる誘導行列ノルム \(N(\cdo...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6.P49]

5.6.問題495.6.P49\(\| \cdot \|\) が \(C_n\) 上のノルムから誘導され、\(A \in M_n\) が非特異であるとする。ベクトル \(x_0, y_0 \in C_n\) を \(\|x_0\| = \|...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6.P48]

5.6.問題485.6.P48(a) \(S_n\) が閉集合である理由を説明せよ。すなわち、\(X_i \in S_n\) (\(i=1,2,\dots\))かつ \( \|X_i - B\| \to 0 \) とすると \(B \in ...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6.P47]

5.6.問題475.6.P47\(A, B \in M_n\) とし、\(A\) は非特異、\(B\) は特異であるとする。このとき次を示せ:\|A - B\| \ge \frac{1}{\|A^{-1}\|}非特異行列は特異行列によって近...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6.P46]

5.6.問題465.6.P46\(A \in M_n\) が非特異であり、行列ノルム \(\| \cdot \|\) がベクトルノルム \(\|\cdot\|\) から誘導される場合、次を示せ:\|A^{-1}\| = \frac{1}{\...
5.ベクトルと行列のノルム

[行列解析5.6.P45]

5.6.問題455.6.P45 \(\| \cdot \|\) を \(C_n\) 上のノルムから誘導された \(M_n\) 上の行列ノルムとし、\(A = XY^*\) (\(X = \in M_{n,k}\), \(Y = \in M_...