为便于书写,这里用A'表示矩阵A的转置矩阵,R表示矩阵的秩。
下面证明:R(AA')=R(A'A)=R(A)=R(A')。
方法工具:线性方程组的相关知识。
注:显然R(A)=R(A'),所以下面证明R(A'A)=R(A)且R(AA')=R(A')即可。
第一部分---R(A'A)=R(A)证明的思路如下:
要证R(A'A)=R(A),只需证A'Ax=0与Ax=0这两个齐次线性方程组同解(这里x和0都是列矩阵,或者列向量)。(事实上,若它们同解,则它们解空间维数相同,所以由解空间维数=未知量个数-系数矩阵的秩,可得R(A'A)=R(A)。)下证它们同解:
假设y是Ax=0的解,则Ay=0,所以A'Ay=0;
反之,若y是A'Ax=0的解,则A'Ay=0,所以y'A'Ay=y'0=0,即(Ay)'Ay=0,所以Ay=0;
所以,A'Ax=0与Ax=0同解;
所以,R(A'A)=R(A)。
第二部分---R(AA')=R(A')证明的思路如下:
类似第一部分,要证R(AA')=R(A'),只需证AA'x=0与A'x=0这两个齐次线性方程组同解。下证它们同解:
假设y是A'x=0的解,则A'y=0,所以AA'y=0;
反之,若y是AA'x=0的解,则AA'y=0,所以y'AA'y=y'0=0,即(A'y)'A'y=0,所以A'y=0;
所以,AA'x=0与A'x=0同解;
所以,R(AA')=R(A')。