定理: A , B , C A, B, C A,B,C: 均正定 C = A + B C=A+B C=A+B λ min ( C ) ⩾ λ min ( A ) + λ min ( B ) \lambda_{\min}(C) \geqslant \lambda_{\min}(A)+\lambda_{\min}(B) λmin(C)⩾λmin(A)+λmin(B) λ max ( C ) ⩽ λ max ( A ) + λ max ( B ) \lambda_{\max}(C) \leqslant \lambda_{\max}(A)+\lambda_{\max}(B) λmax(C)⩽λmax(A)+λmax(B)
证明: x T A x ⩾ λ min ( A ) x T x x^TAx \geqslant \lambda_{\min}(A)x^Tx xTAx⩾λmin(A)xTx. Thus, x T ( A − λ min ( A ) E ) x ⩾ 0 x^T(A-\lambda_{\min}(A)E)x \geqslant 0 xT(A−λmin(A)E)x⩾0, that is, A − λ min ( A ) E A-\lambda_{\min}(A)E A−λmin(A)E is non-negative definite.
因此,有 A − λ min ( A ) E ⩾ 0 A-\lambda_{\min}(A)E \geqslant 0 A−λmin(A)E⩾0 B − λ min ( B ) E ⩾ 0 B-\lambda_{\min}(B)E \geqslant 0 B−λmin(B)E⩾0 A − λ min ( A ) E + B − λ min ( B ) E ⩾ 0 A-\lambda_{\min}(A)E+B-\lambda_{\min}(B)E \geqslant 0 A−λmin(A)E+B−λmin(B)E⩾0
显然, C x = λ ( C ) x Cx=\lambda(C)x Cx=λ(C)x,所有 ( A − λ min ( A ) E + B − λ min ( B ) E ) x = ( λ ( C ) − λ min ( A ) − λ min ( B ) ) x (A-\lambda_{\min}(A)E+B-\lambda_{\min}(B)E)x=\left(\lambda(C)-\lambda_{\min}(A)-\lambda_{\min}(B)\right)x (A−λmin(A)E+B−λmin(B)E)x=(λ(C)−λmin(A)−λmin(B))x 也就是说, λ ( C ) − λ min ( A ) − λ min ( B ) \lambda(C)-\lambda_{\min}(A)-\lambda_{\min}(B) λ(C)−λmin(A)−λmin(B)是 A − λ min ( A ) E + B − λ min ( B ) E A-\lambda_{\min}(A)E+B-\lambda_{\min}(B)E A−λmin(A)E+B−λmin(B)E的特征值
因为 A − λ min ( A ) E + B − λ min ( B ) E ⩾ 0 A-\lambda_{\min}(A)E+B-\lambda_{\min}(B)E \geqslant 0 A−λmin(A)E+B−λmin(B)E⩾0,是非负定阵,因此 λ ( C ) − λ min ( A ) − λ min ( B ) ⩾ 0 \lambda(C)-\lambda_{\min}(A)-\lambda_{\min}(B) \geqslant 0 λ(C)−λmin(A)−λmin(B)⩾0
所以 λ ( C ) ⩾ λ min ( A ) + λ min ( B ) \lambda(C) \geqslant \lambda_{\min}(A)+\lambda_{\min}(B) λ(C)⩾λmin(A)+λmin(B) λ min ( C ) ⩾ λ min ( A ) + λ min ( B ) \lambda_{\min}(C) \geqslant \lambda_{\min}(A)+\lambda_{\min}(B) λmin(C)⩾λmin(A)+λmin(B)
同理 λ max ( C ) ⩽ λ max ( A ) + λ max ( B ) \lambda_{\max}(C) \leqslant \lambda_{\max}(A)+\lambda_{\max}(B) λmax(C)⩽λmax(A)+λmax(B)
