Starting from:

$40

CS-DS541 Homework 1 Solved

(a)   Prove that

∇x(xTa) = ∇x(aTx) = a

for any two n-dimensional column vectors x, a. Hint: differentiate w.r.t. each element of x, and then gather the partial derivatives into a column vector.

                                                (1)

                                                                        (2)

                                                                                                             (3)

                                                                                              (4)

(b)   Prove that

∇x(xTAx) = (A + AT)x

for any column vector x, any n × n matrix A, and any constant ndimensional vector b.

1

 

n

= x1Ak,1 + ... + (xk XAi,kxi + Ak,kxk) + ... + xnAk,n
i=1
(15)
n

= (x1Ak,1 + ... + xnAk,n) + xk XAi,kxi

i=1
(16)
                      n                          n

= XAk,ixi + XAi,kxi

                     i=1                       i=1
(17)
                  = (Ak,. + AT.,k)x              2

(A1,. + AT.,1)x

∇x(xTAx) =                   ...            

(An,. + AT.,n)x

(A1,. (AT.,1

.

=  ..  +  ... x

                          An,.                AT.,n

= (A + AT)x
(18)

(19)

(20)

(21)
(c)    Based on the theorem above, prove that

∇x(xTAx) = 2Ax

for any n-dimensional column vector x and any symmetric n × n matrix A.

                                             ∇x(xTAx) = (A + AT)x                                                  (22)

                                                           = (A + A)x                                                 (23)

                                                           = 2Ax                                                           (24)

(d)   Based on the theorems above, prove that

 

for any n-dimensional column vector x, any symmetric n × n matrix A, and any constant n-dimensional column vector b.

 

3

More products