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解法: 符号付き超立方体隣接行列によるホァンの感度予想の証明(2019年)

ステップ 2/7: 道具:コーシーの区間定理
ざっくり言うと

対称行列からいくつかの行と対応する列を削除すると、小さくなった行列の固有値は元の行列の固有値からあまり離れられない:各固有値は元の行列の2つの固有値の間に挟まれる。特に、任意の主小行列の最大固有値は全体の最大固有値を超えることは決してないが、削除した行数に応じてリストの下の方にある特定の固有値より下がることもできない。

A symmetric n×n, B an m×m principal submatrix  ⟹  λi(A)≥λi(B)≥λi+n−m(A)A \text{ symmetric } n\times n,\ B \text{ an } m\times m \text{ principal submatrix} \implies \lambda_i(A) \ge \lambda_i(B) \ge \lambda_{i+n-m}(A)
詳しい解説

Huangの証明(2019年、第2節)は線形代数の古典的な事実、コーシーの区間定理に依拠する。AA を固有値 λ1≥⋯≥λn\lambda_1 \ge \cdots \ge \lambda_n を持つ対称 n×nn \times n 行列とし、BB を(同じ行と列の集合を削除して得られる)AA の m×mm \times m 主小行列で固有値 μ1≥⋯≥μm\mu_1 \ge \cdots \ge \mu_m を持つとする。このとき、すべての 1≤i≤m1 \le i \le m について λi≥μi≥λi+n−m\lambda_i \ge \mu_i \ge \lambda_{i+n-m} が成り立つ。Huangはこれを補題2.1として引用し、クーラント・フィッシャー・ワイルのミニマックス原理から従うと述べている。

このステップの用語
固有値
ある非零ベクトル vv に対して Av=λvAv = \lambda v を満たすスカラー λ\lambda のこと。実対称行列の固有値はすべて実数であり、降順に並べられる。
主小行列
正方行列 AA から同じ行番号と列番号の集合を削除した後に残る行列。
このステップで使う知識