Die Inverse einfacher Blockmatrizen
▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀
Nehmen wir an, eine Matrix bestehe aus den Untermatrizen
A,B,C,D, und ihre Inverse habe dieselbe Struktur mit den
entsprechenden Untermatrizen a,b,d,c, so daß die Multiplikation
die Einheitsmatrix bestehend aus zwei Einheitsuntermatrizen
ergibt:
┌────┬─────────┐ ┌────┬─────────┐ ┌────┬─────────┐
│ A │ C │ │ a │ c │ │ I │ 0' │
│ │ │ │ │ │ │ │ │
├────┼─────────┤ ├────┼─────────┤ ├────┼─────────┤
│ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ ∙ │ │ │ = │ │ │
│ B │ D │ │ b │ d │ │ 0 │ E │
│ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │
└────┴─────────┘ └────┴─────────┘ └────┴─────────┘
Man erhält durch Ausmultiplizieren vier Matrizengleichungen, aus
denen, wenn A und D invertierbar sind, folgt:
-1
(1) A∙a + C∙b = I --> a = A ∙(I - C∙b)
-1
(2) B∙a + D∙b = 0 --> B∙A ∙(I - C∙b) + D∙b = 0
-1
(3) D∙d + B∙c = E --> d = D ∙(E - B∙c)
-1
(4) C∙d + A∙c = 0' --> C∙D ∙(E - B∙c) + A∙c = 0'
Und weiter:
-1 -1
(2) B∙A - B∙A ∙C∙b + D∙b = 0
-1 ┌ -1 ┐
B∙A - │B∙A ∙C - D│∙b = 0
└ ┘
┌───────────────────────────┐
│ ┌ -1 ┐-1 -1 │
│ b = │B∙A ∙C - D│ ∙B∙A │
│ └ ┘ │
└───────────────────────────┘
Entsprechend aus (3) analog wie bei (2):
┌───────────────────────────┐
│ ┌ -1 ┐-1 -1 │
│ c = │C∙D ∙B - A│ ∙C∙D │
│ └ ┘ │
└───────────────────────────┘
Eingesetzt in (1) bzw. (4) folgt:
┌───────────────────────────────────────────────────────┐
│ -1 -1 -1 -1 ┌ -1 ┐-1 -1 │
│ a = A - A ∙C∙b = A - A ∙C∙│B∙A ∙C - D│ ∙B∙A │
│ └ ┘ │
└───────────────────────────────────────────────────────┘
┌───────────────────────────────────────────────────────┐
│ -1 -1 -1 -1 ┌ -1 ┐-1 -1 │
│ d = D - D ∙B∙c = D - D ∙B∙│C∙D ∙B - A│ ∙C∙D │
│ └ ┘ │
└───────────────────────────────────────────────────────┘
Im Falle, daß die Ausgangsmatrix symmetrisch ist, d. h.,
A = A', D = D', C = B'
vereinfachen sich die Ergebnisse praktisch nicht.