Dlaczego macierz projekcji ortogonalnej projekcji jest symetryczna?


16

Jestem w tym całkiem nowy, więc mam nadzieję, że wybaczysz mi, jeśli pytanie jest naiwne. (Kontekst: Uczę się ekonometrii z książki Davidsona i MacKinnona „Teoria ekonometryczna i metody” i wydaje się, że nie wyjaśniają tego; przyjrzałem się także książce optymalizacyjnej Luenbergera, która zajmuje się projekcjami na nieco bardziej zaawansowanym poziomie, ale bez powodzenia).

Załóżmy, że mają rzut prostopadły z wiąże się macierz projekcji P . Jestem zainteresowany rzutowaniem każdego wektora w R n na jakąś podprzestrzeń A ⊂ R n .PPRnA⊂Rn

Pytanie : dlaczego wynika z tego, że T , czyli P jest symetryczny? W jakim podręczniku mogę zobaczyć ten wynik?P=PTP


Odpowiedzi:


13

Jest to fundamentalny wynik algebry liniowej na rzutach ortogonalnych. Stosunkowo proste podejście jest następujące. Jeśli są wektorami ortonormalnymi obejmującymi m- wymiarową podprzestrzeń A , a U to macierz n × p z u i s jako kolumnami, to P = U Uu1,…,ummAUn×pui Wynika to bezpośrednio z faktu, że rzut ortogonalny x na A można obliczyć w kategoriach ortonormalnej podstawy A jako

P=UUT.
xAA Wynika stąd bezpośrednio, że w powyższym wzorzeP2=Pi żePT=P.
∑i=1muiuiTx.
P2=PPT=P.

Można również podać inny argument. Jeśli jest macierzą rzutowania dla rzutu ortogonalnego, to z definicji dla wszystkich x , y ∈ R n P x ⊥ y - P y . W związku z tym 0 = ( P x ) T ( y - P y ) = x T P T ( I - P ) y = x T ( P T - PPx,y∈Rn

Px⊥y−Py.

dla wszystkich x , y ∈ R n
0=(Px)T(y−Py)=xTPT(I−P)y=xT(PT−PTP)y
x,y∈Rn. To pokazuje, że , skąd P = ( P T ) T = ( P T P ) T =PT=PTP
P=(PT)T=(PTP)T=PTP=PT.

Dziękujemy za wnikliwe komentarze! W jakiś sposób artykuł w Wikipedii, w którym wspomniano coś o samozależności operatora projekcji, odrzucił mnie, ponieważ wasze dowody nie są takie trudne. :) BTW, czy masz ulubiony tekst algebry liniowej, który zajmuje się tego rodzaju rzeczami?
— weez13

Podstawowa książka o algebrze liniowej, którą znam najlepiej, nie obejmuje tego. Najlepsze referencje, jakie znam, to zaawansowane książki dotyczące analizy funkcjonalnej. Algebra liniowa zrobione dobrze książka wygląda dobrze, ale ja nie wiem.
— NRH

x=xT(Px)T=xPT(Px)T(y−Py)=xPT(I−P)yx=xTPx
(Px)T=xTPT.
PT−PTP=0

1
x=xTx∈Rnn=1x

2

Próba intuicji geometrycznej ... Przypomnij sobie, że:

  1. Matryca symetryczna jest samoregulująca.
  2. Iloczyn skalarny jest określany tylko przez składniki we wspólnej przestrzeni liniowej (i niezależne od elementów ortogonalnych dowolnego z wektorów).

xAy⟨x,Ay⟩xy⟨Ax,Ay⟩⟨Ax,y⟩

A


Wielkie dzięki! Przed przeczytaniem twojego komentarza byłem dość zdezorientowany, dlaczego samozależność jest tutaj kluczowa. Teraz mam trochę wskazówek, dzięki!
— weez13
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.