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1. 给出过约束线性系统解的推导


因为A不是满秩方阵,所以不能直接得出 ,使用最小二乘法计算x的值,





.









令 , 则



误差的平方和为



带入r的向量化表示 到(3),则(3)可以改写为向量形式: 为了最小化误差 ,需要对其求x的偏导:








可以化简为:


(6)的向量形式为:


所以, 。






因为A列满秩,所以广义逆 ,即 。
2. 









给出 的解的数学解释



将矩阵B做特征值分解,得到 ,Q是正交特征向量组成的矩阵, 是特征值(由大到小排列)组成的对角矩阵,问题的解就是 中最小非零解对应的特征向量。

假
,则y的等高线图 如下:

可以看出如果在x=1的约束下,也就是一个原点为中心的圆形,这个圆形与等高线交点中y的最小值恰好 是较小特征向量的位置[-0.7071;0.7071],也是等高线变化最稀疏的位置。如果将维度推广到三维时,
x=1的约束变为一个球形,对应的解是椭球与球形的短轴交点。对应的推广到三维以上时,与三维的结 果也类似。















