维普资讯 http://www.cqvip.com 第29卷第7期 2008年7月 哈尔滨工程大学学报 Vo1.29№.7 Journal of Harbin Engineering University Ju1.2o08 某些分块矩阵的Drazin逆 H 江,赵杰梅,姚红梅 (哈尔滨工程大学理学院,黑龙江哈尔滨150001) 摘要:分块矩阵的广义逆不仅在数学理论上有广泛研究,而且在自动化、系统控制、概率统计、数学规划等领域有 着广泛的实际应用背景,尤其是在最小二乘问题,病态线性、非线性问题,不适定问题,回归、分布估计、马尔可夫链 等统计问题,随机规划问题,控制论和系统识别问题等研究中广义逆更是发挥着重要的作用.但求任意2×2分块 矩阵的Drazin逆表达式是一个未解决的问题,因此给出了分块矩阵 EE。】'E。—E [ ]的。razin逆表达式,其中E为复数域上的方阵, 为E的。razin逆. 关键词:Drazin逆;分块矩阵;二项式系数;系统控制 中图分类号:0151.21;TP202.4;TP237.1 文献标识码:A 文章编号:1006-7043(2008)07-0745-04 Drazin inverse for some partitioned matrices BU Chang-jiang,ZHAO Jie—mei,YAO Hong—mei (College of Science,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China) Abstract:Generalized inverse of partitioned matices are notr only well developed in mathematic theory,but also ap— plied extensively in practice,including areas such as automation,system control,probability statistics,mathemati— cal programming,and SO on.They play a particularly important role in a wide range of statistical problems ranging from least squares,morbidity linearity,non—linearity,ill—posed problem,regression,estimation of distribution, Markov chains,stochastic programming,cybernetics and system identification.But it iS still an unsolved problem to ind the representatfion for the Drazin inverse of an arbitrary 2×2 partitioned matix.Herein we gave the represen— rtations。 he Drazin inverse。 a c ass。 paniⅡ。ned matirces【r DEE EE D0 J1 r,【 DEE E Do J1 r,【 DEE EE Do J1 , w e uare matrix over the field of complex numbers,and E"is the Drazin inverse of E. Keywords:Drazin inverse;partitioned;binomial coeficifent;system control 设A∈C ,Ind(A)=k,若 ∈C 满足下列 条件: A XA=A ,XAX= ,AX=XA. 将矩阵分块并计算其广义逆是一类重要的方 法 ,分块矩阵的广义逆在概率统计、测量学、数学 规划、数值分析、博弈论、计量经济、最优化和控制论 等许多领域都有十分重要的应用,在研究最小二乘 法问题、回归、分布估计、马尔可夫链等统计问题,随 机规划问题,控制论和系统识别问题,网络问题中广 则称 为A的Drazin逆,记作 =A。,由文献[1]知 它是存在且唯一的,其中k是使rank A“。=rankA 成立的最小非负整数,当k=1时, 称为A的群逆, 记作 =A . 收稿日期:2007-06—12. 义逆更是不可缺少的研究工具,尤其是『竺:1L V 形式 的分块矩阵对微分方程的最优解起一定的作 基金项目:哈尔滨工程大学基础研究基金资助项目(HEUF04019). 作者简介: 长江(1963一),男,教授,硕士生导师,E—mail:buchang jiang@hrbeu.edu.cn. 用 .1979年,Campbe11和Meyer提出『竺/n51形 维普资讯 http://www.cqvip.com ・746・ 哈尔滨工程大学学报 第29卷 瓦分块短阵的Drazin逆表达式,此l口J题全兮『占)禾角牟 式中:s(f)是÷的整数部分,f_2,3,…. 证明需要指出: 决,文献[7-9]在特殊条件下给出了2×2分块矩阵 广义Schur补的Drazin逆表达式 目前人们只在特 殊条件下给出了一些矩阵的Drazin逆和群逆的表 达式,如文献[10]在一定条件下给出了分块矩阵 ∑c(f一1一 ,i)E E : ∑c(f一1一 ,i)E E”. [ ]的群逆表达式;文献[1 1]研究了分块矩阵 因为当f为偶数时s(f+1)=s(f);当f为奇数时 s(f+1)):0. [ ]形式的Drazin逆表达式,并在一些条件下给 C(f一1一s(f+1),出了分块矩阵[ ]的Drazin逆表达式;文献 E l2]在…定条件下刻画了分块矩阵[ 。B 3J,./式的 Drazin逆表达式,该文给出了分块矩阵 [ ” 。], [ ], [ ], [EED E。D Jo。razin逆的表示形式,其中E∈cn x n,并 举例说明该文结果与文献[11]的结果是互不包含的. 1 引 理 引理1 设A∈C “,Ind(A)=r,存在可逆 矩阵P,使得A=P[A0’:]P一,其中A∈c 并且 可逆,A2是r次幂零阵,Al∈C‘一 ‘一“,并且A = o P . L O O J 引理2 设n是整数, 是非负整数,则 C(n, ):C(n—l, )+C(n一1, 一1). 需要指出当0≤ ≤n时.C(n. )= 可 ;其他情况时,c(n, )=0. 文献[1 1]给出了F=[ⅣI ]的 表达式,其 中,J是单位阵,N为 次幂零阵,即N =0,l=2,3, …,在这里给出引理3. 3设M= ,E , Ind(E)=r,则 ^,,f= (f) ∑c(f—i,i)E E ∑c(f一1一i,i)E E i=0 i=0 (f) (I) ∑c(f一1一i,i)E E。 ∑c(f一2一i,i)E E i:0 同理 ∑c(f— , )E E =∑c(f— ,i)E ’E。. 应用数学归纳法: 当f:2时, M2:[L EE E0E 】J L [EE E0E”】:J f EE +E E EE 1 【 E2Et ̄ E E J’ ∑C(2一 ,i)E E =EE”+E E”, ∑c(1一 ,i)E E =EE , ∑c(1一 ,i)E E :E E , ∑c(一 ,i)E E =E E . 所以当f=2时,式(1)成立. 假设当f= 时,式(1)成立,则当f: +1时, M 【A, A J 其中: (^) A。 =∑c( 一 ,i)E ’E + i:0 ∑c( 一1一 ,i)E E , i:0 ( ) A. :∑c( 一 , )E E , A =∑c( 一1一 ,i)E E . i=0 则 ( ) Al1:EE + ,C(、 一i,i)E ’E + i=l 维普资讯 http://www.cqvip.com 第7期 卜长江,等:某些分块矩阵的Drazin逆 s(k十1) ・747・ ∑c( 一 ,i一1) i=l = B 2=∑c(k+1一 ,i)E E— i=0 3f )十1 髓。+∑c( +1一 ,i)E E。= i=l ∑c(k— ,i)E—E, =0 5(k十1) sf 十1) 髓。+∑c( +1一 ,i)E E= i=l B2 =∑c(k一1一 ,i)E E。, i=0 sfk十1) s(k十1) ∑c( +1一 ,i)E E。, i=0 B22=∑c(k— ,i)E E。一 i=0 s“:) A 2=∑c( 一 ,i)E” E。= i=0 5(k十1) ∑c(k一1一 ,i)E E。. 则 5(k) 5(k十1) ∑c( 一 ,i)E E。, i=0 sf ) A,1=E E。+ ‘‘ 一 c(k一1一i,i)Ei+2E。+ 、 B =∑c(k— ,i)E” E。, =0 =l 5(k十1) sf )十1 ∑c(k一1一 ,i一1)E l l = B 2=∑c(k+1一 ,i)E~E— i=l 5fk十1) 3(k十1) E E。+ sf )十1 ∑(c(k一1一 , )+ i=l C(k—i,i)E E。= ∑c(k一1一 ,i一1)) E。= 1 1 sf 十1) E E。+∑c(k— ,i)E E。= l 1 C(k一1一i,i)E E。. ㈣∑ ㈣ ∑ ∑ C ) 一㈣∑sf 十1) ∑c(k— ,i)E E。, 5(k) 当k为奇数时,s(k+1)一1=s(k),k为偶数 一 时,C(k一1一s(k),s(k))=0所以有 (k十1)一1 一 ~ IA22=∑c(k一1一 ,i)E“ E。= i=0 5fk十1) E i=0 D ∑c(k一1一 ,i)E E。= sf ) 、 十 E∑c(k一1一 ,i)E E。. i=0 E = ∑c(k一1一 ,i)E E。. =0 D E所以当l=k+1时,式(1)成立,引理3得证. 所以 2 主要结论 定理 令 = ,ln , B 2=∑c(k一1一 ,i)E“ E。, i=0 5(k十1) B2 =∑c(k一1一 ,i)E E。= E∈c…”贝u =[ 。 D].  ̄_nll令 = 。 B22= (k十1) C(k—i,i)E E。一 MX:XM:『【EE o 1和XMX:X 0 EE。J 容易验证. 下证 “X=Mk,根据引理3, C (k一1一i,i)E E。= =l 5(k十1) ∑c(k一1一 ,i一1) E。= =l 5fk十1)一1 ∑c(k一2一 ,i)E“ E。= =0 其中: sf k十1) ∑c(k一2一 ,i)E” E。. i=0 B =∑c(k— , ) E。, 所以 X= 成立. 故X= ,定理1得证. 维普资讯 http://www.cqvip.com ・748・ 哈尔滨工程大学学报 第29卷 l O O l O O O O O O O O O 0 0 O O O 例1 1)设M= l 0 0 O O O ,则 O 0 0 O O O 0 l 0 0 0 0 0 0 0 1 0 O O O O O O O O O O O O O : ,l O O 求矩阵 的Drazm —l O 0 O O O O O 0 O O O O O 0 是可以应用文中定理1,不能应用文献[1 1]中的定 理3.3解决. l O O l O O O l O O l O O O l O O l 2)设M= ,则M。= l O 0 O O O O O O O O O 0 l 0 0 0 0 O 0 O l O O O l O O l O 0 —2 l 0 —3 l ,l O O —l O O 求矩阵 的Drazm是 0 0 O O O O O l O O l O 可以应用文献[1 1]中的定理3.3,而不能用该文的 定理1解决,故可以说明该文结果和文献[11]的结 果是互不包含的. 定理2 设 = c 啦∈ C ”,则M =[E 。一 。】. 定理3没 = , ( 啦∈ c 测 = :一 】. 定理4 设 =[ ], nd c E =r,E∈ c…测 参考文献: [1]庄瓦金.任意体上矩阵对合函数与广义逆[J].东北数 学,1987,1:57-65. ZHUANG Wajin.Involutory function and generalized inver- ses ofmatirces on skew fields[J].Northeast Math,1987, 1:57-65. [2]王国荣.矩阵与算子广义逆[M].北京:科学出版社, 1994. [3]GOLUB G H,GREIF C.On solving block—structured indeif— nite linear systems[J].SIAM J Sci Comput,2003,24: 2076-2092. [4]卜长江,井世丽,王贵艳.域上保持对称矩阵群逆的线性 算子[J].哈尔滨工程大学学报,2007,28(10):1188— 1190. BU Changjiang,JING Shili,WANG Guiyan.Linear maps preserving group inverse of symmetric matirces over field [J].Journal of Harbin Engineering University,2008,28 (10):1188—1190. [5]卜长江,王贵艳,井世丽.主理想环上保对称矩阵群逆的 线性算子[J].哈尔滨工程大学学报,2008,28(8):942— 946. BU Changjiang,WANG Guiyan,JING Shili.Linear opera— tor on group inverse of symmetric matrices over principal i— deal domain[J].Journal of Harbin Engineering University, 2007,28(8):942-946. [6]IPSEN I C F.A note on preconditioning nonsymmetric ma— trice[J].SlAM J Sci Comput,200l,23:1050—1051. 『7]CAMPELL S L,MEYER C D.Generalized inverses of line— ar transformations[M].New York:Dover,1991. [8]WANG Guorong,WEI Yimin.Generalized inverse theory and computation[M].Beijing/:Science Press,2004. [9]WEI Yimin.Expressions for the Drazin inverse of 2×2 block matrix[J].Linear and Multilinear Algebra,1998, 45:131—146. [10]卜长江.关于体上分块矩阵的群逆[J].数学杂志, 2006(1):49—52. BU Changjiang.On group inverses of block matrices over skew fields[J].Journal of Mathematics,2006(1):49— 52. [1 1]CASTRO—GONZALEZ N,DOPAZO E.Representation of the Drazin inverse ofr a class of block matrices『J].Line— ar Algebra Appl,2005,400:253-269. [12]LI Xiezhang,WEI Yimin.A note on the representations ofr the Drazin inverse of2×2 block matirces[J].Linear Algebra Appl,2007,423:332—338. [13]TUCKER A.Applied combinatorics[M].New York: John Wiley&Sons.1984. [责任编辑:王亚秋]