Ivan Shishkin, Rye (1878)

Discussions

Une inégalité sur des matrices symétriques

0 messages

Solution

Solution by Anduril · FR

Même début que la preuve de Sequoia :

Dans toute la suite, les sommes seront indexées sur [ ⁣[1,n] ⁣][\![1,n]\!].
La trace d’une matrice est égale à la somme de ses coefficients diagonaux, soit Tr(A)=∑iai,i\mathrm{Tr}(A)=\sum_i a_{i,i}. Mais AA est symétrie réelle donc diagonalisable, ainsi sa trace, invariant de similitude, est aussi égale à la somme de ses valeurs propres, soit Tr(A)=∑iλi\mathrm{Tr}(A)=\sum_i \lambda_i.

En notant que ∑i>jxixj=12((∑ixi)]2−∑ixi2)\sum_{i>j}x_ix_j=\frac12\left( \left(\sum_i x_i\right)]^2-\sum_ix_i^2\right), on peut réécrire l’inégalité de l’énoncé sous la forme:
∑iai,i2⩽∑iλi2\sum_i a_{i,i}^2\leqslant \sum_i\lambda_i^2On peut diagonaliser AA en PDPTPDP^T par le théorème spectral, où PP est orthogonale.

On remarque ensuite que multiplier par une matrice orthogonale à droite ou à gauche ne change pas la norme euclidienne.

Il reste à écrire :

∑iaii2≤∑i,jaij2=∥A∥22=∥ODOT∥22=∥D∥22=∑iλi2\sum_{i} a_{ii}^2 \le \sum_{i,j} a_{ij}^2 = \|A\|_2^2 = \|O D O^T\|_2^2 = \|D\|_2^2 = \sum_{i} \lambda_i^2

Ce qui conclut.

On remarque qu’on a ainsi gratuitement le cas d’égalité (A diagonale).

No messages yet.