Matrix determinant lemma

发布时间 2023-06-15 22:09:05作者: ruizhangj

内容

对于两个列向量 \(u,v\) 和可逆方阵 \(A\)\(\det (A+uv^T)=\det(A)(1+v^TA^{-1}u)\)

引理

内容

\[\det(I+uv^T)=(1+v^Tu) \]

证明:

暴力计算可以发现有如下等式:

\[\begin{pmatrix} I & 0\\ v^T & 1\\ \end{pmatrix} \begin{pmatrix} I+uv^T & u\\ 0 & 1\\ \end{pmatrix} \begin{pmatrix} I & 0\\ -v^T & 1\\ \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} I & u\\ 0 & 1+v^Tu \end{pmatrix} \]

两边求行列式,根据行列式的可乘性可以得到 \(\det(I+uv^T)=(1+v^Tu)\)

那么就是说:

\[\det(A+uv^T)=\det(A)\det(I+(A^{-1}u)v^T)=\det(A)(1+v^T(A^{-1}u)) \]

得证。

推广

对于可逆 \(n\times n\) 方阵 \(A\) 和两个 \(n\times m\) 的矩阵 \(U,V\) ,有 \(\det(A+UV^T)=\det(I_{m}+V^TA^{-1}U)\det(A)\) ,证明未知。

以及在如上形式中多配一个 \(m\times m\) 的矩阵 \(W\) ,有 \(\det(A+UWV^T)=\det(A)\det(W)\det(W^{-1}+V^TA^{-1}U)\) ,证明直接在上面的基础上多用一次可乘性即可。