1. 引言
线性互补问题在力学、交通、经济、金融和控制等诸多领域具有广泛应用,如市场均衡问题、最优停止问题、期权定价问题、弹性接触问题和自由边界问题等 [1] [2] [3] [4] 。线性互补问题(
)是指求
,满足
其中
为实矩阵,实向量
。众所周知,当矩阵M为P-矩阵(所有主子式都是正的 [1] )时,
不仅存在唯一解 [2] ,而且易于误差分析 [4] 。2006年,陈小君等给出P-矩阵线性互补问题的误差界 [5] :
(1)
其中
为向量
与
对应位置分量最小值,
。不难发现,求解误差界(1)中的最小化问题
十分困难。因此,近年来有众多专家和学者关注于误差界的估计问题,并给出了一些简单易算的估计式 [6] - [13] 。本文将研究P-矩阵的一个重要子类——弱链对角占优B-矩阵的线性互补问题的误差界估计问题,应用弱链对角占优M-矩阵的逆矩阵无穷范数上界的估计式,得到弱链对角占优B-矩阵线性互补问题误差界的一个新估计式。数值算例表明,新估计式改进了现有的几个结果。
2. 预备知识
令
(
)表示所有n阶复矩阵(实矩阵)构成的集合,指标集
。设
,对任意的
,记
,
,
(2)
,
.
定义1 [14] :设
,若对任意的
,有
,
且对每个
存在非零元素链
满足
,则称A为弱链对角占优矩阵。
定义2 [15] :设
,记
,其中
,
, (3)
若
为弱链对角占优矩阵且所有的主对角元素皆为正,则称
为弱链对角占优矩阵。
文献 [15] 给出结果:设
是弱链对角占优B-矩阵,记
,其中
形如(3)式,则
, (4)
其中
且
。
为了给出本文结论,先介绍几个预备引理:
引理1 [16] :设
是弱链对角占优M-矩阵,
,则
,
其中
,
如(2)式所定义。
引理2 [11] :设
和
,则对任意的
,有
,
.
3. 主要结果
本节给出弱链对角占优B-矩阵线性互补问题误差界新的上界估计式,并和现有结果进行比较。首先给出一个引理:
引理3:设矩阵
主对角元全为正,记
,其中
形如(3)式。令
,则对任意的
,
有
,(5)
其中
如(2)式所定义。
证明:下面利用数学归纳法证明(5)式成立。
情形一:k = 1,此时
。
当l = 1时,
,
假设当
时,
式成立,现证
时(5)式也成立,利用引理2易证
.
因此,对于
,有
。
情形二:当
时,同理可证(5)式成立。
综合情形一与情形二,结论成立。
定理1:设
是弱链对角占优B-阵,
,其中
形如(3)式。若
,
,则
(6)
其中
,
由(2)式所给。
证明:令
,则
,其中
,
。由文献 [15] 中的定理2知,是弱链严格对角占优M-阵
. (7)
由引理1知
.
由引理2和引理3,得
,
,
,
及
.
则
.(8)
由(7)式和(8)式可知,(6)式成立。
4. 数值算例
例:考虑弱链对角占优B-矩阵 [15] :
,
令
,其中
.
由(4)式得
由文献 [17] 中的(5)式得
由应用定理1中的(6)式得
.
显然,(7)式优于(4)式和文献 [17] 中的(5)式。
基金项目
陕西省自然科学基础研究计划项目(2017JQ3020);陕西省高校科协青年人才托举基金(20160234);宝鸡文理学院重点项目(ZK2017095, ZK2017021)。