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Decomposição em Valores Singulares (SVD)

SVD: existência, unicidade e interpretação geométrica. Valores singulares, pseudoinversa de Moore-Penrose, compressão de dados, análise de componentes principais (PCA) e aplicações em engenharia.

Used in: engenharia

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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

SVD: Teoria e Aplicações Avançadas

Existência da SVD

Teorema. Para qualquer AMm×n(R)A \in M_{m\times n}(\mathbb{R}), existem matrizes UMm×mU \in M_{m\times m} ortogonal, VMn×nV \in M_{n\times n} ortogonal, e ΣMm×n\Sigma \in M_{m\times n} com entradas não-negativas somente na diagonal principal (σ1σmin(m,n)0\sigma_1 \geq \cdots \geq \sigma_{\min(m,n)} \geq 0) tais que A=UΣVTA = U\Sigma V^T.

Prova: ATAA^TA é simétrica semi-definida positiva; pelo Teorema Espectral, ATA=VΛVTA^TA = V\Lambda V^T com λi0\lambda_i \geq 0. Defina σi=λi\sigma_i = \sqrt{\lambda_i} e ui=Avi/σiu_i = Av_i/\sigma_i para σi>0\sigma_i > 0; então ui,uj=viTATAvj/σiσj=λjδij/σiσj=δij\langle u_i,u_j\rangle = v_i^TA^TAv_j/\sigma_i\sigma_j = \lambda_j\delta_{ij}/\sigma_i\sigma_j = \delta_{ij}. Complete UU com base de kerAT\ker A^T.

Desigualdade de Von Neumann

Para A,BMn×nA,B \in M_{n\times n}:

tr(ATB)i=1nσi(A)σi(B)|\text{tr}(A^TB)| \leq \sum_{i=1}^n \sigma_i(A)\sigma_i(B)

com igualdade     A=UBV\iff A = UBV para U,VU,V ortogonais. Este é o Lema de von Neumann (1937), fundamental em teoria de otimização matricial.

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Updated on 2026-05-28 · Author(s): Clube da Matemática

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