Для того чтобы симметрическая матрица была положительно определённой, необходимо и достаточно, чтобы все главные миноры матрицы были положительными:
Для отрицательно определенных матриц знаки главных миноров чередуются начиная со знака «-» для: :
Замечание.
Если матрица знакоопределенная, то все её главные миноры не равны 0.
Экономическая интерпретация
В экономических исследованиях часто приходится сталкиваться с задачей анализа результатов наблюдений
Например, пусть имеются данные о цене нефти и индексе нефтяных компаний , представленные в виде следующей таблицы по результатам биржевых торгов.
… | … | |||||
… | … |
Требуется наилучшим образом сгладить зависимость между переменными и , то есть отразить общую тенденцию зависимости от в виде эмпирической формулы
Для решения подобной задачи используется метод наименьших квадратов.
Задача нахождения эмпирической формулы разбивается на два этапа.
Этап 1. Устанавливается общий вид зависимости от
Например, в качестве зависимостей могут быть взяты:
- линейная функция
;
-квадратичная функция
-показательная функция
и т.д.
Строится функция
(5)
где – вектор неизвестных параметров.
Этап 2.
Решается задача определения неизвестных параметров (6) – задача безусловной оптимизации:
(6)
Пусть решением задачи (6) является точка тогда геометрически это можно представить на рисунке 3.
Рис. 3.
То есть кривая является наилучшей в смысле минимума суммы квадратов невязок между значениями , найденными по эмпирической формуле и экспериментальными значениями
Рассмотрим конкретную задачу.
Задача 1. Пусть в качестве функции взята линейная функция:
Тогда поиск наилучшей кривой сводится к решению задачи безусловной оптимизации:
(7)
где зависит от двух переменных и .
Значения при решении задачи (7) выступают как постоянные величины.
Вычислим частные производные:
и
Запишем необходимые условия оптимальности:
;
Получим систему двух линейных алгебраических уравнений относительно двух неизвестных и .
(8)
Система уравнений (8) имеет единственное решение (так как определитель системы не равен нулю, а точнее, он больше нуля).
(можно доказать методом математической индукции).
Убедимся что решение системы (8) дает функции .
Для этого вычислим матрицу Гессиана
(см. выше)
Следовательно, согласно критерию Сильвестра
матрица является положительно определенной.
Следовательно, стационарная точка являющаяся решением системы уравнений (8), обеспечивает функции в задаче (7).